【摘要】：我國的汞污染現(xiàn)狀已經(jīng)引起了全球范圍的高度關(guān)注。燃煤電廠是我國大氣汞排放的首要來源,汞通常以零價(jià)汞(Hg0)、二價(jià)汞(Hg2+)和顆粒汞(Hgp)的形態(tài)存在于燃煤煙氣中,其中零價(jià)汞最難以脫除。國際上燃煤煙氣零價(jià)汞控制技術(shù)主要包括SCR+FGD聯(lián)用法和活性碳吸附法。這兩種技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)汞污染的集中控制,而是將氣態(tài)零價(jià)汞轉(zhuǎn)化為毒性更大的二價(jià)汞分布在飛灰或脫硫石膏中,極易引起二次污染。由于超低排放的要求,濕靜電除塵器(WESP)在我國大型燃煤電廠正逐步普及。將磁性吸附劑噴入脫硫裝置后的煙氣中可以有效控制零價(jià)汞排放。借助濕靜電除塵器將含汞吸附劑從煙氣中捕集下來,隨后利用磁分離將含汞吸附劑從漿液中分離出來,重新噴入煙氣吸附氣態(tài)零價(jià)汞。一旦濕靜電除塵器出口處的零價(jià)汞濃度超出排放限值,就對(duì)回收的含汞吸附劑進(jìn)行再生,一方面集中控制汞污染,另一方面再生后的磁性吸附劑循環(huán)使用。與濕靜電除塵器相配套的吸附劑必須具有以下五個(gè)特征。第一,具有優(yōu)異的超順磁性,容易從漿液中磁分離出來而不發(fā)生團(tuán)聚;第二,溫度窗口與脫硫裝置下游煙溫(40-80℃)相匹配,且不受高濕環(huán)境的影響;第三,吸附在吸附劑表面的汞形態(tài)穩(wěn)定,在噴淋收塵階段不易被浸出;第四,吸附在吸附劑表面的汞能迅速被熱脫附,且脫附溫度適中;第五,吸附劑的價(jià)格低廉,能夠循環(huán)利用。鐵基尖晶石具有優(yōu)異的超順磁性,但其低溫化學(xué)吸附氣態(tài)零價(jià)汞的性能較差;磁黃鐵礦低溫下具有良好的零價(jià)汞吸附活性,然而其磁性較弱。若能結(jié)合鐵基尖晶石優(yōu)異超順磁性和磁黃鐵礦優(yōu)異低溫吸附氣態(tài)零價(jià)汞性能的優(yōu)點(diǎn),就能夠完全滿足上述五點(diǎn)要求。因此,本文創(chuàng)新性地提出利用氣態(tài)硫化氫對(duì)人工合成的鈦磁赤鐵礦進(jìn)行改性,在鈦磁赤鐵礦表面修飾一層黃鐵礦或磁黃鐵礦,開發(fā)出與濕靜電除塵器相配套集中控制燃煤電廠汞污染的高效磁性吸附劑。此外,本文還研究了零價(jià)汞在改性鈦磁赤鐵礦表面化學(xué)吸附的微觀反應(yīng)機(jī)制,通過構(gòu)建反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,探討了改性鈦磁赤鐵礦的表面理化性質(zhì)和其零價(jià)汞吸附容量之間的構(gòu)效關(guān)系。與此同時(shí),本文還嘗試通過硫化氫預(yù)處理等手段提高天然鈦磁鐵礦低溫吸附氣態(tài)零價(jià)汞的能力,使之與濕靜電除塵器相配套集中控制燃煤煙氣零價(jià)汞排放,極大地降低磁性吸附劑的成本。本文主要研究成果如下:(1)通過硫化氫預(yù)處理手段對(duì)鈦磁赤鐵礦進(jìn)行改性,顯著提高了其低溫吸附零價(jià)汞的能力。其60℃零價(jià)汞平均吸附速率為1.92 μg g-1 min-1,吸附容量在5%的穿透時(shí)高達(dá)0.69mg g-1。改性鈦磁赤鐵礦吸附零價(jià)汞具有良好的抗水和二氧化硫干擾能力。此外,改性鈦磁赤鐵礦具有強(qiáng)磁性(飽和磁化強(qiáng)度為24.6 emu g-1)和優(yōu)異的超順磁性。硫化氫預(yù)處理過程中,硫化氫與鈦磁赤鐵礦反應(yīng)產(chǎn)生氧化劑S22-。氣態(tài)零價(jià)汞在改性鈦磁赤鐵礦表面的吸附遵循Mars-Maessen機(jī)制:氣態(tài)零價(jià)汞先物理吸附在吸附劑表面,隨后被吸附劑表面的氧化劑S22-氧化成性質(zhì)穩(wěn)定的HgS。吸附在吸附劑表面的汞不易被浸出,可以被迅速熱脫附形成高濃度氣態(tài)零價(jià)汞,脫附溫度適中。脫附后的吸附劑通過H2S再生處理可以循環(huán)利用。(2)為進(jìn)一步降低磁性吸附劑的成本,本文還將天然鈦磁鐵礦引入吸附燃煤煙氣零價(jià)汞的研究。通過硫化氫預(yù)處理手段對(duì)天然鈦磁鐵礦進(jìn)行改性,顯著提高了其低溫吸附零價(jià)汞的性能,先焙燒有利于提高改性天然鈦磁鐵礦低溫吸附零價(jià)汞的能力。改性天然鈦磁鐵礦180 min的零價(jià)汞吸附量為8.1μg,吸附容量在6%的穿透時(shí)達(dá)到0.17 mgg-1,而且其吸附性能不受煙氣中二氧化硫和水蒸氣干擾。改性天然鈦磁鐵礦具有超順磁性和強(qiáng)磁性(飽和磁化強(qiáng)度為18.8 emu g-1)。氣態(tài)零價(jià)汞在改性天然鈦磁鐵礦表面的吸附同樣遵循Mars-Maessen機(jī)制。焙燒處理提高了天然鈦磁鐵礦表面可還原Fe3+的含量,從而增加H2S處理過程中產(chǎn)生的S22-,進(jìn)而提高化學(xué)吸附零價(jià)汞的能力。吸附的汞不易被浸出,可以被迅速熱脫附形成高濃度氣態(tài)零價(jià)汞,且脫附溫度適中。脫附后的吸附劑經(jīng)過焙燒和H2S再生處理可以循環(huán)利用�？傊�,利用硫化氫預(yù)處理技術(shù)獲得的改性鈦磁赤鐵礦具有吸附容量大、抗水抗硫性強(qiáng)和可循環(huán)利用等特點(diǎn),可以與濕靜電除塵器相配套集中控制燃煤煙氣零價(jià)汞污染。對(duì)天然鈦磁鐵礦進(jìn)行改性處理可以進(jìn)一步降低成本,具有實(shí)際應(yīng)用前景。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X773

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號(hào)：2668123