活性炭浸漬丁二酸用于脫除燃煤煙氣零價汞的研究.pdf

1、能源和環(huán)境是制約現(xiàn)代人類社會發(fā)展最關(guān)鍵的問題。近幾十年內(nèi)，我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將不會改變。燃煤過程中產(chǎn)生的 SO2、NOx、顆粒物、汞等有毒有害物質(zhì)嚴重威脅著人類的健康，汞由于其劇毒性、生物積累性近年來引起了人們極大的關(guān)注。中國已成為全球最大的汞排放國，2012年國家開始執(zhí)行的《火電廠大氣污染物排放標準》明確了燃煤電廠汞排放標準。但目前國內(nèi)的燃煤汞污染排放控制技術(shù)尚不成熟，Hg0難溶于水、穩(wěn)定性高，是燃煤煙氣脫汞的重點和難點。加強對燃

2、煤汞排放控制的研究、實現(xiàn)對汞的經(jīng)濟高效脫除十分必要。除借助現(xiàn)有的煙氣凈化設(shè)備協(xié)同脫汞外，目前國外常用的煙氣脫汞技術(shù)是活性炭吸附法，但該方法存在活性炭與煙氣接觸時間短、吸附效率低、消耗量大、成本高等問題。研究表明，通過改性處理提高AC的汞吸附效率是一種經(jīng)濟高效的方法。本研究提出了一種新的用于提高脫汞效率的活性炭改性方法：丁二酸浸漬法。針對不同條件下制備的丁二酸改性活性炭(SA/AC），考察了SA/AC對汞的捕獲能力及反應(yīng)條件的影響，并對其

3、物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)進行了分析，并提出了改性后活性炭脫汞機理。此外，還探索了再生過程中汞的脫附行及其他一系列羧酸改性活性炭的脫汞能力。本研究表明該方法在實現(xiàn)高效脫汞的同時兼顧了脫汞后的吸附劑的脫附再生，改性工藝簡易環(huán)保，沒有三廢的產(chǎn)生，所用原料廉價易得可再生、對設(shè)備要求低，有非常好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在實驗室模擬煙氣條件下考察了丁二酸改性后的不同活性炭的汞捕獲活性，較未處理的 AC，改性后活性炭的汞捕獲性能

4、均大幅提高?？疾炝丝账伲?000～50000 h-1）、SA負載量（0.5～10％）、實驗溫度（30～170℃）、氧濃度等條件對SA/AC汞捕獲性能的影響。發(fā)現(xiàn)O2在SA/AC汞捕獲過程中起著決定性的作用，無氧條件下，SA/AC的汞捕獲效率快速降低。5%SA/AC在110℃有氧條件下的汞捕獲活性最高，最高汞捕獲量達到890μg·g-1。⑵采用元素分析（EA）、傅里葉變換紅外（FTIR）、比表面及孔結(jié)構(gòu)分析、X射線光電子能譜（XPS）、程

5、序升溫脫附（TPD）、瞬態(tài)響應(yīng)等方法對樣品進行了表征，研究了SA/AC的物理化學(xué)特性并探索了汞捕獲反應(yīng)機理。分析表征發(fā)現(xiàn)，SA/AC的表面既有鍵合在其表面的含氧官能團也有游離的 SA。汞捕獲機理研究發(fā)現(xiàn)SA/AC的高活性是表面的含氧官能團和游離的SA共同作用的結(jié)果。在SA/AC表面的含氧官能團的催化作用下Hg0與O2反應(yīng)生成氧化汞，氧化汞進一步與游離的丁二酸反應(yīng)生成丁二酸汞從活性位遷移出去。原先被占用的活性位恢復(fù)汞捕獲活性，從而大幅提高

6、了汞捕獲活性。⑶考察了SA/AC-Hg熱再生過程中汞的脫附行為，發(fā)現(xiàn)再生尾氣中只有零價汞。通過質(zhì)量衡算，汞的釋放率超過92%。從汞脫附濃度曲線上看，汞的脫附溫度較低，且脫附溫度區(qū)間較窄，脫附峰值溫度低于190℃，溫度超過400℃時，脫附尾氣汞濃度接近于零。SA/AC-Hg的汞脫附溫度較低是因為SA在脫附過程中的還原作用，隨著SA的負載量的加大汞脫附溫度向低偏移。脫附再生后的SA/AC的二次汞捕獲效率大幅降低（與未改性處理的AC相當(dāng)），通