改性竹炭基吸附劑脫汞的實(shí)驗(yàn)及機(jī)理研究.pdf

1、能源與環(huán)境是制約人類社會發(fā)展的關(guān)鍵問題,以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年不會改變,煤在燃燒過程中向環(huán)境排放了大量的汞。汞由于其生物累積性和易揮發(fā)等特性對人類造成巨大的毒害,已引起世界范圍內(nèi)的關(guān)注。美國等發(fā)達(dá)國家已將燃煤火電廠的汞排放控制列入法規(guī)強(qiáng)制執(zhí)行,中國已經(jīng)成為世界上最大的汞排放國,加強(qiáng)對燃煤污染物汞的控制研究是十分必要的。
　　本文總結(jié)了國內(nèi)外燃煤污染物汞的排放控制方法,著重敘述了燃燒后煙氣中的汞脫除方法;系統(tǒng)綜述了竹炭的來源

2、、制備方法、竹炭的性質(zhì)以及竹炭的應(yīng)用現(xiàn)狀。活性炭除汞被證明是一種有效的汞脫除方法,但是存在材料成本高的限制,尋求新型的汞吸附劑是一個研究熱點(diǎn),本文提出采用生物質(zhì)竹炭用于燃煤煙氣中單質(zhì)汞脫除的新思路。
　　為了研究竹炭的物理化學(xué)特性,采用元素分析、傅里葉變換紅外(FTIR)、比表面積及孔徑分布分析、X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等測試手段對竹炭進(jìn)行了表征測試。在小型燃煤煙氣汞脫除實(shí)驗(yàn)臺上和模擬煙氣氣氛下研究了低溫下竹炭對

3、汞吸附性能,重點(diǎn)考察了粒度、W/F(吸附劑用量/氣體流量)、初始汞濃度、吸附溫度、氧氣濃度、HCl對竹炭脫汞的影響。
　　為了得到廉價高效的脫汞吸附劑,采用氧化試劑和堿性試劑對竹炭進(jìn)行改性,在固定床實(shí)驗(yàn)臺架上系統(tǒng)地研究了氣體單質(zhì)汞在吸附劑表面進(jìn)行的吸附及氧化行為,并重點(diǎn)考察吸附溫度、反應(yīng)時間以及煙氣成分等因素對脫汞性能的影響。采用比表面積及孔徑分布分析、X射線光電子能譜(XPS)等分析測試手段對吸附劑進(jìn)行表征以探討其中的機(jī)理。結(jié)果

4、表明氧化改性提高了吸附劑的脫汞性能,而堿性改性對吸附劑的脫汞性能影響較小。高錳酸鉀、硝酸、雙氧水改性使竹炭表面官能化,特別是雙氧水、硝酸改性使竹炭的C=O含量顯著增加,高錳酸鉀增加了竹炭的π電子含量,這是氧化改性竹炭具有較強(qiáng)化學(xué)吸附脫汞能力的原因。
　　采用ZnCl2、KI制備鹵素改性的吸附劑,并在小型實(shí)驗(yàn)臺上開展氣態(tài)單質(zhì)汞的脫除實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)考察吸附劑的比表面、孔隙分布等物理特性和親汞官能團(tuán)、吸附溫度等因素對吸附劑脫汞性能的影響,并

5、探討了煙氣中SOx、NOx等酸性氣體對竹炭脫汞的影響。通過元素分析、XPS分析、熱重分析、比表面積及孔徑分布分析等測試手段分析脫汞前后的吸附劑的組成和微觀組成變化,以揭示表面官能團(tuán)在改性過程中的轉(zhuǎn)化規(guī)律和其在脫汞過程中的作用機(jī)理。結(jié)果表明未改性竹炭對汞的吸附主要靠物理吸附,在140℃時對Hg0的化學(xué)吸附能力極弱。而ZnCl2、KI改性的竹炭在140℃和180℃下對Hg0都具有極強(qiáng)的化學(xué)吸附能力。XPS測試可以確認(rèn)ZnCl2和KI浸漬改性

6、的竹炭吸汞后在其表面生成氧化態(tài)的汞。KI改性的竹炭材料具有一定的抗SO2/NO毒害的能力,當(dāng)有2600ppmSO2或300ppm的NO存在時,KI改性的竹炭捕獲汞的量只略微降低。
　　在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出適合實(shí)際的模型,根據(jù)竹炭填充吸附床內(nèi)氣相以及吸附劑孔內(nèi)質(zhì)量平衡,利用平衡關(guān)系式建立竹炭吸附汞過程的動力學(xué)模型,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比得到吸附過程的一些參數(shù),為進(jìn)一步的預(yù)測提供參考。同時,采用脫附模型對脫附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計算得到脫附能等