苯甲酸改性活性炭對燃煤煙氣中元素汞的吸附機理研究.pdf

1、汞是大氣中毒性最強的重金屬元素之一，由于其極易揮發(fā)，持久性長，高生物富集性，高生物毒性等特點，已成為一種全球性污染物。燃煤電廠是最大的人為汞排放源，現(xiàn)有的煙氣凈化設(shè)備對汞有一定的去除效率，但仍有大量未被捕集的汞散逸至大氣中。活性炭噴射技術(shù)是目前最具應(yīng)用前景的脫汞方法，國內(nèi)外大量的研究表明，活性炭表面物理化學(xué)特性，尤其是炭表面含氧官能團是影響汞吸附效果的重要因素，因此研究活性炭表面含氧官能團對活性炭吸附汞的影響具有重要的科學(xué)意義和實踐價值

2、。
　　由于強氧化劑改性會使活性炭表面生成多種含量較高的含氧官能團，不利于研究特定的官能團對活性炭吸附汞的影響，本文提出了采用弱酸性的苯甲酸對活性炭進行化學(xué)浸漬改性，向活性炭表面定向引入某些官能團的新思路。采用紫外分光光度法、掃描電子顯微鏡、X-射線衍射、低溫氮氣吸附、傅里葉變換紅外光譜法、Boehm酸堿滴定及X-射線光電子能譜等方法分析改性前后活性炭表面的孔隙結(jié)構(gòu)和含氧官能團的變化，探討苯甲酸進入活性炭表面的方式。隨后本研究在1

3、40℃，純氮氣氛圍下進行固定床汞吸附實驗，研究了不同濃度苯甲酸改性的活性炭對氣態(tài)元素汞（HgO）的吸附效果，并通過分析吸附飽和后的活性炭的表面特性，探討改性活性炭對Hg0的吸附機理，尤其是活性炭表面含氧官能團對活性炭吸附Hg0的影響。最后本研究在140℃，單一燃煤煙氣組分(CO2，H2O，O2，SO2，NO，HCl)及平衡氮氣氛圍下進行固定床汞吸附實驗，考查了各單一煙氣組分對活性炭吸附HgO的影響，并簡單探討了作用機理。
　　本研

4、究結(jié)果表明，苯甲酸改性后的活性炭在物理形貌上差異不明顯，但其比表面積和總孔體積隨著苯甲酸浸漬濃度的增加而降低，活性炭平均孔徑整體先增大后減小，但總體變化不大。改性后的活性炭表面官能團以羧基及酚羥基為主，隨著浸漬苯甲酸濃度增加，活性炭表面羧基含量增加，羰基含量減少，且活性炭表面內(nèi)酯基和酚羥基含量變化與苯甲酸濃度改變無明顯的相關(guān)趨勢。當(dāng)苯甲酸濃度為0.40 g/L時，活性炭表面羧基含量為0.4074 mmol/g，羰基含量減少為零。在140

5、℃，HgO初始濃度為20μg/m3，純氮氣氛圍下的固定床吸附汞實驗表明，原始活性炭對汞的吸附效果最差，其飽和吸附容量為159μg/g。隨著苯甲酸濃度增加，改性活性炭對汞的吸附效果均有所提高，整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其中，當(dāng)苯甲酸浸漬濃度為0.18 g/L時，活性炭對Hg0的飽和吸附容量最大，為240μg/g。對吸附汞前后活性炭表面特性進行分析，結(jié)果表明在活性炭吸附汞的過程中，化學(xué)吸附起主導(dǎo)作用，活性炭表面含氧官能團，主要是羧基和羰基