一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法技术

本发明专利技术公开一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，将富含重金属的超累积植物破碎后装入包括等离子体反应器和高压电源的等离子体热解装置中，通入载气，启动高压电源，施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。本发明专利技术是一种超累积植物无害化资源化的潜力技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体废物处理技术，特别是涉及一种等离子体热解富含重金属的超累 积植物方法。
技术介绍
植物修复技术完成金属污染土壤修复后，产生的含重金属的超累积植物的后续处 置方法主要包括热解、焚烧、压缩填埋和堆肥等，其中热解和焚烧是比较常见的两种无害化 热处理手段，但目前国内外该领域的的研宄还相当缺乏，特别是热解和焚烧二次污染物的 减排、捕集等问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出。 与传统热解和焚烧相比，等离子体热解超累积植物具有许多独特的优势，如热解温度低，升 温速率快，能量密度大，可在等离子体的情况下将生物质裂解成固体碳渣和富氢合成气。 本专利技术为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的： 提供提供，将富含重金属的超累 积植物破碎后装入等离子体热解装置的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气， 启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的 高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累 积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳 渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的超累积 植物被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集 固体碳渣，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。 所述的等离子体热解装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压 电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、 尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、超 累积植物、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相 连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法 兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙 烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈 固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开 口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载超累积植物，在装置工 作时，陶瓷坩埚内的超累积植物将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。 尖端石墨电极和平底石墨电极间隔要合理选择，过大的电极间隔会导致电压不足 以击穿电极间的载气，从而无法形成非热电弧等离子体。另外，由于施加在两极上的电压很 高，因此反应器在工作时，要特别注意不要碰触电极，以免触电危险。此外，放入陶瓷坩埚内 的超累积植物材料不应压实，要保持良好的气体通路，否则电极无法直接与载气接触，通电 时无法形成非热电弧等离子体。还需要注意的是，反应器停止工作后不要立刻拆卸反应器、 拿取陶瓷坩埚，因为反应器工作时放出大量的热，刚停止工作时，石墨电极、石英容器、陶瓷 坩埚等部分温度很高，直接碰触易造成烫伤。 本专利技术可以根据实际要求完成含重金属的超累积植物等离子体热解过程，简单、 低成本、高效的产生固体碳和合成气。【附图说明】 附图为本专利技术的结构示意图。 图中等离子体反应器，2高压电源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法兰，5下聚四 氟乙烯法兰，6不锈钢支架，7尖端石墨电极，8平底石墨电极，9上铜密封圈，10下铜密封圈， 11陶瓷坩埚，12非热电弧等离子体，13超累积植物，14进气通道，15出气通道。【具体实施方式】 实施例 如附图所示，本专利技术的等离子体装置包括等离子体反应器1及给等离子体反应器 供电的高压电源2 ;等离子体反应器包括石英容器3、上聚四氟乙烯法兰4、下聚四氟乙烯法 兰5、不锈钢支架6、尖端石墨电极7、平底石墨电极8、上铜密封圈9、下铜密封圈10、陶瓷 坩埚11、非热电弧等离子体12、超累积植物13、进气通道14、出气通道15 ;尖端石墨电极 (pl5mm)和平底石墨电极（供15mm)通过高压电线与高压电源（I5kv/450W)相连接，尖 端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器（采用石英玻璃管，长400mm，内径30mm)内， 电极间隔固定保持在15mm，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢 支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖 端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯 法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口孔径9_的陶瓷坩埚放置在尖 端石墨电极和平底石墨电极之间。 选取选取富含锌镉的超累积植物伴矿景天为超累积植物代表物，将伴矿景天破碎 成2-5_颗粒后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入4L/min氩气载气， 启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的 高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的木材 颗粒，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣 和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的伴矿景天 被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体 碳渣。实验结果表明：95%以上的锌及91%以上的镉固定于固体碳渣，使得富含重金属的 超累积植物无害化资源化成为可能；采用氩气作为载气时，其气体产物中含有较大量的甲 烷。【主权项】1. ，其特征在于该方法的步骤如下： 将富含重金属的超累积植物破碎后装入等离子体热解装置的陶瓷坩埚中，通过进气通道通 入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应 器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离 子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解 反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶 瓷坩埚内的超累积植物被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取 出陶瓷坩埚，收集固体碳渣，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属 纳米碳。2. 根据权利要求1所述的，其特征在 于所述的等离子体热解装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源； 等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端 石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、超累积 植物、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连 接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、 下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法 兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固 定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口 的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载超累积植物，在装置工作 时，陶瓷坩埚内的超累积植物将完全暴露在非热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体热解富含重金属的超累积植物方法，其特征在于该方法的步骤如下：将富含重金属的超累积植物破碎后装入等离子体热解装置的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的超累积植物，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的超累积植物被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣，固体碳渣经后续处理回收金属和焦碳部分，或直接制备含金属纳米碳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜长明，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44