摘要：高溫自蔓延技術(shù)具有反應(yīng)溫度高、能量利用效率高、處理過程快速、不需要大設(shè)備和設(shè)施投入等特點,已在環(huán)境保護(hù)和污染控制領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注及研究。本文回顧了近20 年來高溫自蔓延技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究狀況,主要從以下4 個方面進(jìn)行綜述: (1) 高溫自蔓延技術(shù)在固體廢物處理、處置中的應(yīng)用; (2) 高溫自蔓延技術(shù)在高放廢物固化、穩(wěn)定化中的應(yīng)用; (3) 高溫自蔓延技術(shù)在有機污染控制過程中的應(yīng)用; (4) 高溫自蔓延技術(shù)合成環(huán)境功能材料的應(yīng)用等。文中著重介紹了高溫自蔓延技術(shù)在各應(yīng)用領(lǐng)域所取得的理論和工程實踐成果,特別是近年來機械誘發(fā)自蔓延、全廢物型自蔓延和自蔓延廢物處理流水線等技術(shù)在廢物處理和資源回收領(lǐng)域的應(yīng)用。此外,還指出了環(huán)保高溫自蔓延研究領(lǐng)域的不足并展望了今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高溫自蔓延　廢物處理處置　高放廢物　有機氯污染物　環(huán)境催化劑

高溫自蔓延反應(yīng)( self2propagating hightemperature synthesis , SHS ) , 又稱為燃燒合成(combustion synthesis ,CS) ,是一類一經(jīng)引發(fā)即可快速自動擴展到整個反應(yīng)空間的高溫化學(xué)反應(yīng)[1 ] 。1967年,前蘇聯(lián)科學(xué)院化學(xué)物理研究所的Merzhanov 等在研究鈦和硼的混合粉坯燃燒時,發(fā)現(xiàn)了一種凝聚態(tài)物質(zhì)新的燃燒模式,即“固體火焰”,這是高溫自蔓延理論和燃燒合成技術(shù)研究的開端[2 ,3 ] 。發(fā)現(xiàn)之初,SHS 屬于前蘇聯(lián)獨有的一種秘密軍工技術(shù)。20 世紀(jì)80 年代后,SHS 進(jìn)入國際化的開放式發(fā)展階段,在材料、冶金和化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[4 ,5 ] 。SHS 有著常規(guī)技術(shù)無法比擬的優(yōu)點,如利用SHS 可以在常規(guī)條件下合成熔點超過2 000 —3 000K的高純難熔碳化物、氮化物、硅化物、硼化物和復(fù)相陶瓷[6 —8 ] ;SHS 燒結(jié)技術(shù)可以制備強度為傳統(tǒng)材料1. 5 —3 倍的高孔隙率材料[9 ,10 ] ; SHS 熱壓技術(shù)還可以制備相對密度超過0. 995的硬質(zhì)合金[11 ,12 ] 。SHS離心法制備的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管使用壽命達(dá)到普通碳鋼管道的10 倍以上[13 ] 。

高溫自蔓延技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用是一個較新的方向。與傳統(tǒng)處理方法相比,自蔓延工序少、流程短、工藝簡單、升降溫速度快(103 —106 ℃Pmin) ,一經(jīng)引燃可自發(fā)快速進(jìn)行,無需對其進(jìn)一步提供任何能量。特別需要指出的是SHS 可以實現(xiàn)小型原地即時處理,因此在廢物高溫處理方面有獨特的優(yōu)勢。20 世紀(jì)80 年代末,前蘇聯(lián)研究人員最先將SHS 技術(shù)用于合成人工礦物固化高放廢物[14 ,15 ] 。20 世紀(jì)90 年代,Orru 等[16 ] 將自蔓延技術(shù)推廣到工業(yè)有毒廢物的處理。隨后,Sannia 等[17 ] 利用自蔓延法處理鋅電解廠產(chǎn)生的固體廢物。Porcu 等則利用自蔓延工藝處理石棉[18 ] 。Coccol 等[19 ] 還研究了利用自蔓延反應(yīng)降解和處理高毒有機芳香烴類物質(zhì)。近20 多年來,高溫自蔓延反應(yīng)理論及高溫自蔓延技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用處于快速發(fā)展的階段[20 ] 。從研究的深度和廣度來看,俄羅斯、法國、意大利、日本學(xué)者在該方面的研究工作處于國際前列,而在國內(nèi),只有少數(shù)學(xué)者從事環(huán)保領(lǐng)域高溫自蔓延技術(shù)的研究工作。基于以上原因,我們認(rèn)為有必要系統(tǒng)介紹高溫自蔓延技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,以促進(jìn)國內(nèi)同行對此領(lǐng)域的關(guān)注。本文首先簡要介紹了自蔓延技術(shù)的反應(yīng)特性和基本原理,然后詳細(xì)綜述了近20 年來自蔓延技術(shù)SHS 在固體廢物、放射性廢物、有機污染物處理處置及合成功能材料等環(huán)保領(lǐng)域的主要發(fā)現(xiàn)和成果,并指出了今后自蔓延技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展方向。

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