低负载 α-MnO? 增强垃圾焚烧飞灰低温热处理过程中 PCDD/Fs 的 TEQ 靶向解毒

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Low-loading α-MnO 2 enhances TEQ-targeted detoxification of PCDD/Fs during low-temperature thermal treatment of MSWI fly

　　**摘要**生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）是多氯二苯并对二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）的重要固态储库。虽然低温热处理（LTTT）可以减少 MSWIFA 中大部分的 PCDD/Fs，但不彻底的降解和有毒脱氯中间产物的积累可能会损害其环境可靠性。在本研究中，固定的既定 LTTT 窗口，并引入 α-MnO? 以确定低负载氧化还原催化剂是否能在非催化去除方面改善残留毒性当量（TEQ）控制。检查了与碳和氯形态相关的大块矿物相变化，作为处理灰烬环境的间接指标。在 400 °C、1% O? 和 90 min 的条件下，0.1 wt% α-MnO? 分别实现了 99.5% 和 99.6% 的固态降解和解毒效率，将残留 PCDD/F 浓度和 TEQ 降至 15.8 ng/kg 和 1.35 ng I-TEQ/kg。同系物概况显示，低负载系统减少了高毒性低氯化同系物的残留 TEQ 贡献，表明改善了针对 TEQ 的解毒效果，而不仅仅是降低总 PCDD/F 浓度。X 射线衍射相分析显示碳酸盐形成增强和结晶氯化物相的重新分布。这些变化被解释为可能与前体可用性相关的间接矿物学证据，而不是抑制二次形成的直接证明。密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，不饱和 Mn 位点的电子转移可能改善 C–Cl 键和 C–O 键断裂的热力学有利性。总体而言，超低催化剂负载量和高解毒效率的结合可能减少规模化过程中的催化剂需求和额外材料投入，尽管仍需进行前体特异性测量和再形成测试。**引言**生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）是多氯二苯并-p-二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）的主要固态载体。由于其严重的致癌性和致畸性，PCDD/Fs 的环境归趋和风险控制在全球范围内引起了广泛关注 [1]，[2]。随着废物焚烧成为中国废物处理的主要方法，每年产生的 MSWIFA 数量已达到约 1000 万吨。毒性当量**材料与表征**本研究使用的 MSWIFA 采集自中国一座大型生活垃圾焚烧发电厂。该电厂采用机械炉排炉焚烧，生活垃圾处理能力约为每年 290 万吨。基于估计的 MSWIFA 产率为 5% [28]，该电厂每年的 MSWIFA 产生量约为 14.5 万吨。采样的原始 MSWIFA 在使用前进行了均质化和密封处理。MSWIFA 来源与我们之前使用的相当**原始及无催化剂处理 MSWIFA 的理化特性**原始 MSWIFA 的理化性质为解释随后的催化热处理提供了基础。如图 1 所示，原始 MSWIFA 颗粒在 130 倍（图 1a）和 500 倍（图 1b）放大下表现出形状不规则、尺寸分布不均匀以及明显的团聚现象。在 1000 倍（图 1c）和 2000 倍（图 1d）的更高放大倍数下，颗粒表面显得粗糙，并覆盖着细颗粒，形成不规则的表面孔隙。这种多孔、粗糙的**结论**使用与前一项非催化 LTTT 工作相同的灰烬来源、热条件和分析方案，本研究在受控基线下评估了 α-MnO? 的催化贡献。关键发现是，低负载 α-MnO?，特别是 0.1 wt%，在有效去除总 PCDD/F 的同时，改善了残留 TEQ 控制。在 400 °C、1% O?/99% N? 和 90 min 的条件下，残留 PCDD/F 浓度和 TEQ 分别降至 15.86 ng/kg 和 1.35 ng I-TEQ/kg。**CRediT 作者贡献声明****刘美佳：** 概念化。 **严大海：** 资源，项目管理，资金获取。 **崔畅浩：** 概念化。 **黄启飞：** 监督，资源，项目管理，方法论，资金获取。 **李莉：** 监督，资源，方法论。 **陈超：** 方法论，资金获取，形式分析，概念化。 **郭振浩：** 写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，验证，软件，形式分析，数据整理，概念化。 **魏世力****利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本论文中报道的工作。**致谢**本研究得到了国家重点研发计划（2024YFC3909005）和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（2024YSKY-31）的支持。魏世力 | 郭振浩 | 陈超 | 李莉 | 严大海 | 刘美佳 | 崔畅浩 | 黄启飞国家环境保护标准与风险评估重点实验室，中国环境科学研究院 北京，100012，中国