【摘要】：汞污染會(huì)對人體健康造成嚴(yán)重的威脅。燃煤電廠作為最大的人為汞排放源之一,目前針對燃煤煙氣中的元素態(tài)汞尚無有效的汞減排措施。通過吸附劑減排煙氣中的Hg~0是減排汞的重要途徑之一�；钚越饘傺趸锔男缘奈絼┯捎诿摴阅芎谩⑹褂脳l件靈活且部分活性金屬低溫脫汞性能良好而被廣泛研究。其中,錳鈰基復(fù)合型吸附劑低溫(低于300℃)脫汞活性好、儲氧能力強(qiáng)且具有協(xié)同脫汞能力而受到關(guān)注。但是,隨著錳鈰負(fù)載量的提高,活性金屬會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚和結(jié)晶的現(xiàn)象,從而限制了吸附劑脫汞性能的進(jìn)一步提高。因此,本研究意在采用新型的載體材料來提高高分散錳鈰的負(fù)載量從而提高其脫汞效率。此外,采用鹵化物或硫化物改性吸附劑也是提高吸附劑脫汞效率的一種途徑,但純物質(zhì)改性成本較高,本研究探索了采用廉價(jià)的海水改性吸附劑是否可以進(jìn)一步提高錳鈰基吸附劑的脫汞效率。為了提高高分散活性金屬錳鈰的負(fù)載量,本研究采用了碳納米纖維(CNFs)作為載體。首先,將CNFs置于濃HNO_3中進(jìn)行表面超聲氧化處理從而增加其表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量,為金屬的分散和錨定提供活性位。然后,采用濕化學(xué)浸漬法制備了新型的MnCe/CNFs(OX)吸附劑。實(shí)驗(yàn)在固定床實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)行。研究表明該新型吸附劑中高分散錳和鈰的最佳負(fù)載量均達(dá)到了15%。在N_2+6%O_2氣氛下,吸附劑在120-220℃范圍內(nèi)脫汞效率均超過93%。相比于傳統(tǒng)載體材料,高分散活性金屬的負(fù)載量有所提高。高分散活性金屬負(fù)載量的提高為汞的吸附反應(yīng)提供了更多的接觸機(jī)會(huì)從而表現(xiàn)出了較高的脫汞效率。此外,它使得吸附劑具有大量的活性成分,有利于吸附劑長時(shí)間保持較高的脫汞效率。單組分煙氣實(shí)驗(yàn)表明O_2、NO和HCl對吸附劑的脫汞性能存在促進(jìn)作用。煙氣中的O_2可以補(bǔ)充吸附劑表面被消耗掉的活性氧,而吸附劑的活性成分可以促進(jìn)NO轉(zhuǎn)換為NO_X從而促進(jìn)Hg~0的氧化吸附,HCl中的活性氯也可極大地促進(jìn)Hg~0的氧化脫除。CO_2對吸附劑脫汞性能存在輕微的抑制作用。SO_2會(huì)通過競爭吸附和對活性金屬的毒害作用降低吸附劑對Hg~0的脫除能力。H_2O對吸附劑脫汞性能的影響較小。綜合來看,MnCe/CNFs(OX)吸附劑的低溫脫汞性能較好,抗硫性欠缺,適宜低硫燃煤煙氣環(huán)境中Hg~0的脫除。另外,研究表明活性氯可以極大地促進(jìn)Hg~0的氧化脫除。而純氯化物改性吸附劑的成本較高�？紤]到海水中含有豐富的Cl和S等元素。本研究采用了海水浸漬改性Na[13X]分子篩進(jìn)行脫汞,結(jié)果表明海水浸漬改性后的分子篩吸附劑在150-400℃溫度區(qū)間內(nèi)脫汞能力均有所提高。本研究表明海水改性確實(shí)有助于吸附劑脫汞性能的提高,同時(shí)證明了海水中的Cl~-和SO_4~(2-)對改性吸附劑脫汞效率的提高起到了積極的作用。隨后,以海水作為分散劑制備了錳鈰和海水共同改性的MnCe/Na[13X]S吸附劑,通過與以去離子水為分散劑制備的MnCe/Na[13X]D吸附劑對比發(fā)現(xiàn)相同條件下前者的脫汞效率更高,同時(shí)MnCe/Na[13X]S吸附劑的低溫活性更好,它進(jìn)一步提高了錳鈰基吸附劑的低溫活性。對比MnCe/CNFs(OX)和MnCe/Na[13X]S兩種吸附劑,在模擬燃煤煙氣條件下MnCe/Na[13X]S吸附劑的脫汞效率下降緩慢,穩(wěn)定性更高。綜合來看,海水改性分子篩吸附劑脫汞的研究結(jié)果為高效、低成本吸附劑的開發(fā)具有一定的意義。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X773
【圖文】：

圖 1-1 燃煤鍋爐中汞的轉(zhuǎn)化規(guī)律[11]中的汞可以存留數(shù)天甚至幾個(gè)月，并隨著大氣環(huán)流擴(kuò)散隨著大氣沉降進(jìn)入地表環(huán)境中，在生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)過程中[(CH3)2Hg]。水生生物(如魚等)會(huì)富集水體環(huán)境中的汞，。甲基汞對人體的危害極大，僅幾微升二甲基汞接觸在被人體吸收且不易排出體外，它主要會(huì)蓄集在人體的大腦皮層、小腦、生殖系統(tǒng)等造成永久性損傷。其次育產(chǎn)生影響。發(fā)生于 1956 年的日本“水俁病”事件，前度的患病。在中國境內(nèi)也曾發(fā)生類似的汞污染事件，19持續(xù)向松花江流域排放含汞和甲基汞廢水 25 年，造成

圖 1-3 不同活性金屬負(fù)載量條件下 MnOx-CeO2/活性焦吸附劑的(a)XRD 圖譜及(b)脫汞效率[69]He 等人[70]研究了 Ce-MnOx/Ti-PILCs 吸附劑在沒有 HCl 氣體條件下的脫汞性能。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)溫度介于 100-350 ℃時(shí)，6%Ce-6%MnOx/Ti-PILCs 吸附劑的脫汞效率均超過 90%。同時(shí)相同條件下 6%Ce-6%MnOx/Ti-PILCs 吸附劑的脫汞效率要高于12%MnOx/Ti-PILCs 和 12%CeOx/Ti-PILCs 吸附劑的脫汞效率，它說明在脫汞過程中Mn 和 Ce 存在協(xié)同作用。此外，該研究表明，在脫汞反應(yīng)的初始階段，吸附劑主要通過吸附的方式脫除 Hg0，而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，吸附劑對 Hg0的氧化能力逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，He 等人還研究了單組份煙氣對 Ce-MnOx/Ti-PILCs 吸附劑脫汞性能的影響規(guī)律。研究表明 SO2會(huì)抑制吸附劑的脫汞效率，而 NO 可以與活性氧反應(yīng)生成含 NO2的物種從而促進(jìn) Hg0的氧化，但是由于 NO 與 Hg0的競爭吸附作用會(huì)抑制吸附劑對 Hg0的吸附。在 HCl 氣體存在時(shí)，Hg0會(huì)被氧化成 HgCl2。[72]

吸附劑樣品的表面物理特性采用 Brunauer-Emmett-Teller 測試儀(BET, TriStar,micromeritics, USA)進(jìn)行測試。通過吸附劑樣品對 N2的吸附和脫附過程獲得吸附劑樣品的比表面積和孔徑等相關(guān)參數(shù)。樣品中的表面元素價(jià)態(tài)和表面原子濃度采用 X 射線光電子能譜儀 (XPS, Kratos,Japan)進(jìn)行測試。它通過 X 射線照射到被測樣品表面，激發(fā)待測樣品內(nèi)殼層電子，產(chǎn)生光電子，通過對結(jié)合能的計(jì)算并研究其變化規(guī)律來了解被測樣品所含有的元素和元素所處的價(jià)態(tài)。2.2.3 實(shí)驗(yàn)介紹吸附劑的脫汞活性測試是在實(shí)驗(yàn)室固定床反應(yīng)系統(tǒng)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖 2-1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括四個(gè)單元：配氣單元、反應(yīng)單元、氣體轉(zhuǎn)化單元和元素汞監(jiān)測單元。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳曉云;鄭有飛;林克思;;我國大氣環(huán)境中汞污染現(xiàn)狀[J];中國環(huán)境科學(xué);2015年09期

2 張波;仲兆平;丁寬;曹圓媛;劉志超;;凹凸棒土的吸附脫汞特性[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年02期

3 代學(xué)偉;吳江;齊雪梅;吳強(qiáng);何平;李_

本文編號：2760797