网络首发||刘霄龙研究员：钢铁烧结烟气二噁英生成机理及控制技术研究进展

创新点

1. 系统总结了钢铁行业烧结工序中二噁英的生成机理，阐明了烧结二噁英的主要生成机理，分析了烧结二噁英的分布情况，指出了烧结二噁英的主要生成组分；

2. 深度聚焦二噁英控制技术，从烧结源头、过程中和末端对二噁英控制技术进行了总结，并提出二噁英未来控制技术的方向；

3. 展望烧结工序未来二噁英的控制方向与技术，固废共治、协同治理技术为未来二噁英的高效控制提供了指引。

通讯作者简介

刘霄龙研究员

刘霄龙，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师，国家自然科学基金优青获得者。2008年本科毕业于同济大学，2013年博士毕业于浙江大学，同年进入中国科学院过程工程研究所工作至今。主要从事钢铁行业短流程电炉烟气减污降碳、多污染物催化净化、低能耗污染治理等技术研发与产业化应用。主持了国家科技重大专项课题、国家自然科学基金项目、中国科学院战略先导专项课题、企业产业化项目等10余项。在Nature Communications、Applied Catalysis B、ACS Catalysis等期刊发表SCI论文50余篇，主编专著2部。授权发明专利20余项，其中美国/欧洲/日本国际专利3项。曾获2020年国家科学技术进步奖二等奖、2021年环境保护科学技术奖一等奖、2022年教育部技术发明一等奖等奖项。2020年获中国环境科学学会“青年科学家奖”。

李彬教授

李彬，教授，博士生导师/硕士生导师，固体废弃物资源化国家工程研究中心副主任，昆明理工大学低碳化技术研究中心主任。入选“兴滇英才”教育人才、“兴滇英才”青年人才，拥有注册环保工程师、注册咨询工程师、注册环评工程师和清洁生产审核师。2010年6月毕业于东南大学环境工程专业，曾先后到昆钢集团节能减排中心、德国克劳斯塔尔工业大学、华南理工大学、同济大学挂职或访学培训。近年来在Chemical Engineering Journal、Energy、Journal of Hazardous Materials等期刊发表论文80余篇，获授权发明专利20余项，出版学术专著3部，出版教材1部。目前，主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、云南省重点研发、云南省重点项目等20余项。曾获云南省科技进步二等奖、有色金属行业发明一等奖各1项，曾获国家级教学成果二等奖、有色金属学会教学成果一等奖、云南省教学成果一等奖各1项。

钢铁烧结烟气二噁英生成机理及控制技术研究进展

作者

何沁源^1,2，刘霄龙^2,*，李彬^1,*，朱廷钰²

单位

1.昆明理工大学环境科学与工程学院

2.中国科学院过程工程研究所

基金项目

国家自然科学基金资助项目（52230002）

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摘要

钢铁烧结烟气中二噁英（PCDD/Fs）的排放对区域空气质量和人体健康构成严重威胁。近年来，随着国家对二噁英污染控制的日益重视，钢铁烧结工序作为二噁英的重要排放源，其控制需求愈发迫切。因此，选择经济可行、环保高效的控制技术至关必要。基于现有文献，首先分析总结了烧结过程中二噁英的生成机理，指出其生成过程和机理较为复杂。其次，阐明了烧结烟气中二噁英及其同系物的分布特征，发现其主要以多氯二苯并呋喃（PCDFs）为主。随后，综述了当前烧结工序中二噁英的控制技术，并强调在实际应用中需要重点关注各技术的优缺点，结合实际条件合理采用多技术联用策略。同时，提出了“以废治废、协同治理”的技术路线。最后，对二噁英控制的研究方向进行了展望，以期为烧结烟气中二噁英的有效控制提供参考。

研究背景

钢铁工业的烧结过程被认为是二噁英排放的主要来源。据统计，烧结工艺在我国二噁英排放总量中占15.0%，欧洲占19.6%，日本占8.4%，澳大利亚占6.4%，美国占1.9%。二噁英是指含有1个或2个—O—连结2个苯环的含氯有机化合物，包括多氯二苯并对二噁英（PCDDs）、二苯并呋喃（PCDFs）和二噁英类多氯联苯（dl-PCBs）。二噁英的毒性因氯原子的取代数量和取代位置不同而有差异，含1~3个氯原子的被认为无明显毒性，含4~8个氯原子的具有毒性，其中2,3,7,8-四氯代二苯并对二噁英（2,3,7,8-TCDD）是迄今为止人类已知毒性最强的污染物。二噁英具有毒性、生物累积性，渗入到环境中很难自然降解，对环境和人类有着极大的危害。多氯二苯并对二噁英/多氯二苯并呋喃和多氯联苯的接触可导致生殖障碍、皮肤损伤、发育问题、免疫系统受损和癌症风险增加等问题。因此二噁英被列为持久性有机污染物（POPs），并被《斯德哥尔摩公约》列入受控名单。

由于二噁英的危害性，在工业生产过程中采用了一系列的措施来控制二噁英的排放，例如SCR催化剂的催化分解、粉末活性炭（PAC）喷吹、安装固定床吸附系统和静电除尘器。其中活性炭喷吹（ACI）因其操作简单且效率高，被认为是最方便的二噁英控制策略。末端治理只能作为二噁英排放的补充控制手段，研究二噁英的形成机理是从源头控制和削减二噁英排放的根本途径。此外，金属催化剂可直接将二噁英降解为CO₂、H₂O和HCl，减弱甚至消除二噁英的毒性，因为其操作简单、去除效率高被广泛应用。然而，催化剂在使用过程中常因工况复杂导致失活，所以催化剂的选择便成为了催化降解控制技术的关键所在，而协同治理也成为了催化降解未来的趋势。

针对钢铁烧结工艺过程中二噁英排放所带来的危害，有必要厘清烧结工序中二噁英的生成机理以及分布情况，为烧结工艺二噁英排放控制提供参考。本文通过整理和分析钢铁烧结过程中二噁英合成机理的相关研究，更深层次地分析了烧结过程中二噁英的来源、生成机理，其次揭示了烧结过程二噁英及其同系物的生成规律与分布情况，最后总结了目前烧结过程二噁英的控制技术，并提出了“以废治废、协同治理”的烧结二噁英的控制技术，为未来控制技术的研究提供新的方向。

部分图表

图1 二噁英从头合成示意图^[43]

图2 PCDDs和PCDFs形成过程中的有机氯化反应、缩合反应及氧化反应^[43]

图3 烧结矿和粉尘样品中各同系物对二噁英/呋喃总量的相对贡献率^[4]

引文格式

何沁源, 刘霄龙, 李彬, 朱廷钰. 钢铁烧结烟气二噁英生成机理及控制技术研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-13[2025-03-19]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250313.

HE Qinyuan, LIU Xiaolong, LI Bin, ZHU Tingyu. Research Progress on Formation Mechanism and Control Technology of Dioxins in Iron and Steel Sintering Flue Gas[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-13[2025-03-19]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250313.

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