吸收法脫除模擬煙氣中氣態(tài)汞的研究.pdf

1、汞及其化合物是重要的環(huán)境污染物，煤燃燒是大氣汞污染的一個(gè)主要來(lái)源，對(duì)其研究已成為當(dāng)今環(huán)境研究的前沿問(wèn)題。 本文系統(tǒng)介紹了汞的污染、危害及其性質(zhì)。著重?cái)⑹隽巳济簾煔庵袣鈶B(tài)汞的形態(tài)和特征及控制方法。汞污染控制技術(shù)主要有吸附法、濕法洗滌法及脈沖放電等離子體法等。國(guó)內(nèi)外對(duì)燃煤煙氣脫汞的研究主要集中在燃燒學(xué)科，研究最多的是利用活性炭等吸附材料進(jìn)行脫汞以及煙氣成分對(duì)吸附的影響，而將化學(xué)工程學(xué)科中的傳質(zhì)-反應(yīng)理論用于燃煤煙氣痕量汞的污染治理卻

2、鮮見報(bào)導(dǎo)。 本研究在鼓泡塔反應(yīng)器中篩選出兩種性能優(yōu)異的氧化劑：高錳酸鉀和過(guò)硫酸鉀。以高錳酸鉀為吸收劑，考察了高錳酸鉀初始濃度、初始pH值、進(jìn)口初始汞濃度、反應(yīng)溫度、氣量等因素對(duì)高錳酸鉀氧化吸收汞的影響。在用化學(xué)法測(cè)定反應(yīng)器的傳質(zhì)基礎(chǔ)參數(shù)基礎(chǔ)上，研究了傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，主要結(jié)論為： 1、汞的去除率隨著高錳酸鉀濃度提高而提高；強(qiáng)酸或強(qiáng)堿下的去除率優(yōu)于中性條件下，H2SO4有利于汞吸附在MnO2上，強(qiáng)堿性水溶液中產(chǎn)生OH·

3、間接氧化Hg0；汞的去除率基本不受初始汞濃度影響；反應(yīng)溫度的升高不利于汞的去除。 2、應(yīng)用表面更新模型進(jìn)行了傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。pH=0，T2=298K，Hg0與KMnO4的反應(yīng)速度常數(shù)k2=8.94×104m3/(mol·s)。T2=328K，k2=2.44×105m3/(mol·s)?；罨蹺a為27.22kJ/mol，指前因子A為5.25×1012m3/(mol·s)。pH=7，T2=298K，k2=1.95×104m3

4、/(mol·s)。Ha均大于3，證明該反應(yīng)處于快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)區(qū)域。 3、Hg0的去除機(jī)理主要是依據(jù)KMnO4的強(qiáng)氧化性，在酸性條件下生成Mn2+，具有自催化作用。而中性及堿性條件下則生成MnO2，MnO2對(duì)Hg2+有吸附作用，并且強(qiáng)堿性條件下自由基OH·參與氧化反應(yīng)。 本研究還以過(guò)硫酸鉀為吸收劑，硝酸銀或硫酸銅為催化劑，研究了K2S2O8初始濃度、催化劑濃度、反應(yīng)溫度、進(jìn)口初始汞濃度、初始pH值、叔丁醇TBA以及Na2S

5、2O3等因素對(duì)過(guò)硫酸鉀氧化吸收汞的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了過(guò)硫酸鉀氧化吸收汞的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并探討了反應(yīng)機(jī)理。主要結(jié)論為： 1、汞的去除率隨K2S2O8和CuSO4濃度提高而提高，而隨著TBA的加入而下降。當(dāng)溶液中加入還原劑硫代硫酸鈉時(shí)，相應(yīng)的去除率也增大。溫度升高去除率下降，低溫有利于Hg0的去除。提高進(jìn)口汞濃度也增加了去除率。溶液的強(qiáng)酸強(qiáng)堿性都不利于Hg0的去除，但溶液中存在0.3mmol/LAgNO3時(shí)，去除率基本不受p

6、H值的影響。 2、Hg0在催化下與K2S2O8反應(yīng)符合擬一級(jí)反應(yīng)，328K時(shí)測(cè)得直接反應(yīng)速度常數(shù)kⅠ為3.53175×10-5s-1。Ag+和Cu2+催化速度常數(shù)kⅡ分別為0.1325和0.0927L/(mol·s)。隨著催化劑濃度的提高，催化反應(yīng)速率常數(shù)占總反應(yīng)速率常數(shù)比例增加，隨著溫度的升高該比例減小。并且在相同溫度和相同濃度催化劑條件下，Cu2+的催化反應(yīng)速率常數(shù)占總反應(yīng)速率常數(shù)的比例比Ag+的小。研究結(jié)果表明活化焓略小于

7、活化能，加入催化劑后活化焓顯著降低。Ag+催化時(shí)活化熵明顯減小，但Cu2+催化時(shí)活化熵減小不明顯。非催化反應(yīng)的指前因子為5.93×1017s-1，活化能為139.62kJ/mol，活化焓為137.01kJ/mol，活化熵為86.62J/(mol·K)。Ag+催化反應(yīng)的指前因子為5.37×1010L/(mol·s)，活化能為72.92kJ/mol，活化焓為70.32kJ/mol，活化熵為9.22J/(mol·K)。Cu2+催化反應(yīng)的指前因

8、子為1.18×1014L/(mol·s)，活化能為94.89kJ/mol，活化焓為92.29kJ/mol，活化熵為73.20J/(mol·K)。3、分析了K2S2O8去除氣態(tài)汞的自由基反應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為在K2S2O8-Na2S2O3氧化還原體系中，Cu2+可能是有效的絡(luò)合催化劑。Hg0的K2S2O8氧化去除有兩大路徑：自由基的間接氧化和K2S2O8的直接氧化。K2S2O8在熱和金屬離子催化作用下分解產(chǎn)生SO4-·，SO4-·能將金屬離子氧化