改性煤焦單質(zhì)汞的吸附性能研究.pdf

1、隨著汞污染問題的日益嚴(yán)峻，燃煤煙氣汞的排放控制成為我國迫切需要解決的問題。研究顯示活性炭是有效的脫汞吸附劑，但高昂的使用成本限制了活性炭噴射技術(shù)在我國的推廣，因而當(dāng)前的任務(wù)是開發(fā)一種廉價且高效的吸附劑。褐煤煤焦憑借原料充足、容易獲取和價格低廉的優(yōu)勢，被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的可替代吸附劑，因此對煤焦吸附單質(zhì)汞性能和機(jī)理的研究對于開發(fā)新型吸附劑具有重要意義。本文利用內(nèi)蒙古褐煤在實(shí)驗(yàn)室制備煤焦，并對煤焦進(jìn)行KOH擴(kuò)孔改性以及化學(xué)改性，主要研究了

2、煤焦改性前后的脫汞機(jī)理，探索了煤焦比表面積和孔容積、表面官能團(tuán)、煙氣組分、溫度等因素對煤焦脫汞性能的影響。
　　為探究煤焦熱解條件對煤焦脫汞性能的影響，本文利用管式爐在不同條件下制備煤焦并進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究。分別在700℃和520℃溫度條件下制備煤焦以研究溫度的影響；在慢速升溫和快速升溫條件下制備煤焦以研究升溫速率的影響；700℃溫度下分別保溫5、30和60min以研究停留時間的影響。檢測結(jié)果表明，較高熱解溫度、慢速升溫?zé)峤庖约把娱L

3、停留時間有利于煤焦獲得更高的比表面積和更大的孔容積；吸附實(shí)驗(yàn)表明，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的煤焦的汞吸附效率較高，同時在700℃停留60min煤焦的脫汞性能最優(yōu)。為進(jìn)一步探究吸附劑微觀結(jié)構(gòu)對脫汞性能的影響，采用KOH對煤焦進(jìn)行改性。KOH改性煤焦的比表面積和孔容積顯著增加，有效地改善了煤焦對單質(zhì)汞的脫除性能，并且其脫汞效率隨著KOH/煤焦比例的增大而提高。
　　原始煤焦對單質(zhì)汞的吸附以物理吸附作用為主，吸附效率低且穩(wěn)定性差，為進(jìn)一步獲得高效且

4、廉價的吸附劑，對煤焦進(jìn)行酸溶液浸漬改性和負(fù)載改性。由于酸溶液的刻蝕作用，改性煤焦的孔容積和比表面積略微增加。同時，硝酸改性煤焦表面明顯增加含氮、COO等官能團(tuán)，而鹽酸改性煤焦表面增加官能團(tuán)Cl-C-Cl。酸改性煤焦的單質(zhì)汞吸附效率和穩(wěn)定性得到明顯提高，表明官能團(tuán)能夠?yàn)檠趸絾钨|(zhì)汞提供有效活性位點(diǎn)。采用KI、KCl對煤焦改性，研究鹵素對煤焦脫汞性能的影響；采用CuCl2、FeCl3和Cu(NO3)2對煤焦負(fù)載改性，重點(diǎn)考察Cu2+、Fe

5、3+對煤焦脫汞性能的影響。檢測結(jié)果表明，由于負(fù)載改性煤焦的部分微孔被堵塞，導(dǎo)致其比表面積減小以及物理吸附作用被削弱。負(fù)載改性煤焦的單質(zhì)汞吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫汞效率的大小順序?yàn)椋篊uCl2>KI>FeCl3>KCl>原始煤焦>Cu(NO3)2。
　　本文對脫汞性能得到改善最為顯著的CuCl2改性煤焦的脫汞機(jī)理進(jìn)行深入研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CuCl2改性煤焦脫汞效率與溫度呈負(fù)相關(guān)；隨著負(fù)載濃度的增加，改性煤焦由于部分微孔被堵塞導(dǎo)致比表面

6、積和孔容積減小，阻礙汞原子向孔隙內(nèi)部擴(kuò)散。吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的Cu負(fù)載量為1.08％，1.08%-CuCl2改性煤焦的脫汞效率能夠長時間維持95%以上。HCl和O2能夠與單質(zhì)汞發(fā)生氧化反應(yīng)，從而對CuCl2改性煤焦脫汞具有促進(jìn)作用，且Cu對 HCl與單質(zhì)汞的反應(yīng)具有催化作用。SO2則對 CuCl2改性煤焦脫汞具有抑制作用。利用XPS的檢測手段對CuCl2改性煤焦的脫汞機(jī)理進(jìn)一步探究，結(jié)果表明CuCl2與Hg0發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CuCl