炭素のミクロ構造解析に基づいたダイオキシンの低温再合成の機構解明と抑制法

基于碳微观结构分析的二恶英低温再合成机理及抑制方法

基本信息

批准号：
14658166
负责人：
大塚康夫
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、炭素質物質の加熱時に発生するHClとCO・CO_2の温度変化曲線を解析する手法を開発し、ダイオキシン類の直接的な原因物質である塩素および未燃炭素の化学形態を同定・定量することによって、その低温再合成(de novo合成)の機構ならびに排出抑制原理を分子論的に構築することを目的としている。平成14年度は、主に鉄鉱石の焼結プロセスで用いられる無煙炭やコークスの加熱時に生成するHClをオンラインで定量し、石炭中には種々の無機および有機塩素化合物が存在することを見出すとともに、450-650℃で発生するHClは、一旦脱離したHClの二次的反応、例えば鉱物質や炭素との相互作用で生成する無機や有機の含塩素中間体に基因することが示唆された。そこで平成15年度は、HClと炭素質物質の反応実験を行い、形成される中間体の形態の解明に取組んだところ、350-500℃で反応した後の炭素質物質中にはKClやFeCl_2といった無機塩化物や塩素化したベンゼンに帰属されるCl 2p XPSピークが出現し、後者の強度はカルボキシル基、ラクトン・酸無水物の量が多い炭素質物質ほど強い傾向が認められ、含酸素官能基がダイオキシン類のde novo合成サイトであることが判明した。また、実機の焼結機ウインドボックスから採取したダストのTEM-EELS観察を行ったところ、部分的にK(一部はCu)やClと複合化したアモルファス炭素が存在した。HClは反応初期に炭素活性サイトに化学吸着し、次いでKあるいはその他の金属(Cu)の触媒作用によりCl-C-金属の複合体を形成し、これらが有機塩素に転換すると推論された。それ故、de novo合成によるダイオキシン類生成を制御するためには、活性サイトとHClの反応を抑制、例えば活性サイトへの窒素や硫黄の導入を効率的に行う手法が有効であると考えられる。

本研究开发了一种方法来分析含碳材料加热时产生的HCl和CO/CO_2的温度变化曲线，并鉴定和鉴定了二恶英的直接成因——氯和未燃烧的碳的化学形态。通过对其进行量化，我们的目标是从分子理论中建立其低温再合成（从头合成）的机制以及抑制其发射的原理。 2002年度，我们对主要用于铁矿石烧结过程的无烟煤和焦炭加热过程中产生的HCl进行了在线定量测量，结果发现煤炭中存在多种无机和有机氯化合物。 450-650℃时产生的HCl是由于曾经消除的HCl发生二次反应，例如与矿物质和碳相互作用产生的无机和有机含氯中间体。因此，我们在2003年进行了HCl与碳质物质的反应实验，并致力于阐明所形成的中间体的形态。我们发现，在350-500℃反应后，KCl、FeCl_2 Cl 2p等碳质物质转化为无机氯化物。和氯化苯出现XPS峰，且在羧基、内酯、酸酐含量较高的碳质材料中后者的强度趋于较强，发现含氧官能团是二恶英的从头合成位点。。此外，对从实际烧结机的风箱收集的灰尘进行TEM-EELS观察发现，存在部分与K（部分Cu）和Cl复合的无定形碳。据推测，HCl在反应初期化学吸附到碳活性位点上，然后通过K或其他金属（Cu）的催化作用形成Cl-C-金属络合物，并将其转化为有机氯。因此，为了通过从头合成控制二恶英的产生，抑制活性部位与HCl之间的反应，例如有效地将氮或硫引入活性部位被认为是有效的。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

葛原俊介, 佐藤寛, 坪内直人, 葛西栄輝, 大塚康夫: "炭素低温酸化反応に伴う有機塩素化合物生成に対する金属塩素化合物の影響"日本鉄鋼協会第147回春季講演大会、東京、2004. (発表予定). (2004)

Shunsuke Kuzuhara、Hiroshi Sato、Naoto Tsubouchi、Eiki Kasai、Yasuo Otsuka：“金属氯化合物对与低温碳氧化反应相关的有机氯化合物形成的影响”，日本钢铁协会第 147 届春季会议，东京，2004 年。（预定演示）（2004 年）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

坪内直人, 葛西栄輝, 照井敏勝, 葛原俊介, 大塚康夫: "焼結機ウインドボックスから採取したダスト中炭素質物質の解析"日本鉄鋼協会第147回春季講演大会、東京、2004. (発表予定). (2004)

Naoto Tsubouchi、Eiki Kasai、Toshikatsu Terui、Shunsuke Kuzuhara、Yasuo Otsuka：“从烧结机风箱收集的灰尘中含碳物质的分析”，日本钢铁协会第 147 届春季会议，东京，2004 年。（预定报告） (2004)

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影响因子：
0
作者：
通讯作者：

葛原俊介, 佐藤寛, 坪内直人, 葛西栄輝, 大塚康夫: "ダイオキシ類のde novo合成反応に及ぼす雰囲気ガスの影響"日本鉄鋼協会第147回春季講演大会、東京、2004. (発表予定). (2004)

Shunsuke Kuzuhara、Hiroshi Sato、Naoto Tsubouchi、Eiki Kasai、Yasuo Otsuka：“大气气体对二氧化合物从头合成反应的影响”，日本钢铁协会第 147 届春季会议，东京，2004 年。（报告安排）。 2004）

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期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

葛西栄輝, 坪内直人, 大塚康夫, 佐藤寛, 川本克也, 鈴木和将: "焼結試験時のダイオキシン類発生量が異なるコークスの性状比較"日本鉄鋼協会第147回春季講演大会、東京、2004. (発表予定). (2004)

Eiki Kasai、Naoto Tsubouchi、Yasuo Otsuka、Hiroshi Sato、Katsuya Kawamoto、Kazumasa Suzuki：“烧结试验中产生的二恶英含量不同的焦炭的性能比较”，日本钢铁协会第 147 届春季会议，东京，2004 年。（预定的演示文稿）（2004 年）。