【摘要】：燃煤過程產(chǎn)生了嚴(yán)重的顆粒物和重金屬污染問題。超細(xì)顆粒物(PM_(0.2))是細(xì)顆粒物(PM_(2.5))的重要組成部分,粒徑更為細(xì)小,富集大量有害的重金屬元素,對于環(huán)境和人體具有巨大危害。同時,電廠現(xiàn)有靜電除塵器、布袋除塵器等難以經(jīng)濟(jì)有效的捕集PM_(0.2),PM_(0.2)及富集在其中的重金屬元素已成為當(dāng)前排放控制領(lǐng)域的難點(diǎn)。爐內(nèi)添加礦物添加劑是一種有效減排PM_(0.2)及重金屬的方法,但是天然礦物的減排能力有限,它們的減排效率亟需提高。因此,本文探究是否可以通過改性處理提高礦物添加劑(高嶺土和凹凸棒石)對于PM_(0.2)及其中重金屬Pb和V的減排能力,并對相應(yīng)的改性機(jī)理進(jìn)行探討。首先,采用鹽酸改性高嶺土和醋酸鈣改性高嶺土,分別將原樣高嶺土和改性后的兩種高嶺土與山西無煙煤煤粉按照3:100的比例均勻混合,之后送入高溫沉降爐中進(jìn)行1500°C下的燃燒實(shí)驗(yàn)。通過低壓撞擊器(LPI)取樣系統(tǒng)收集顆粒粒徑小于10?m的顆粒物,再通過微波消解、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)檢測各粒徑顆粒物中的重金屬Pb和V的含量。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了鹽酸改性和醋酸鈣改性均能夠提高高嶺土在爐內(nèi)減排PM_(0.2)及重金屬Pb和V的能力。通過測試表征后發(fā)現(xiàn),鹽酸處理后,高嶺土晶體結(jié)構(gòu)部分遭到破壞,使得高嶺土比表面積和孔體積增加,更加有利于顆粒物前驅(qū)體(堿金屬蒸氣)和重金屬向高嶺土顆粒內(nèi)部的輸運(yùn)、反應(yīng),為高嶺土捕集堿金屬和重金屬提供更多的活性位點(diǎn);經(jīng)過醋酸鈣改性后,高嶺土中混入了醋酸鈣,增強(qiáng)了高嶺土與金屬元素的反應(yīng),同時高嶺土顆粒能夠在高溫下部分與醋酸鈣發(fā)生反應(yīng),生成熔融顆粒,從而促進(jìn)液相捕集過程。其次,采用鹽酸和氯化鈣兩種方法改性凹凸棒石,然后與煤粉進(jìn)行混燒實(shí)驗(yàn),燃燒實(shí)驗(yàn)和高嶺土與煤粉的混燒實(shí)驗(yàn)類似,不再敘述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明鹽酸改性和氯化鈣改性能夠提高凹凸棒石爐內(nèi)減排PM_(0.2)及重金屬Pb和V的能力。鹽酸改性通過去除凹凸棒石中雜質(zhì)碳酸鹽、置換凹凸棒石層間金屬離子以及增加游離SiO_2和Si-OH的含量來提高凹凸棒石的減排效率;氯化鈣改性提高了凹凸棒石的離子交換性并且造成凹凸棒石結(jié)構(gòu)電荷不平衡,從而增強(qiáng)了凹凸棒石的吸附活性。
【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】：2019
【分類號】：X701
【圖文】：

能源是人類不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，就目前而言，化石能源的重要性無法替 1992 - 2017 年這 25 年來全球一次能源的消耗量圖，根據(jù) 2018 年 6 月的《源統(tǒng)計(jì)年鑒》，2017 年全球一次能源消費(fèi)增長 2.2%，增速高于 2016 年的13 年以來最快增長，也高于十年平均增速（1.7%）[1]。2017 年全球一次量為 13511.2 百萬噸油當(dāng)量，其中比重最大的石油消耗量為 4621.9 百萬噸油 34.2%；其次是煤炭，消耗量為 3731.5 百萬噸油當(dāng)量，占比 27.6%；位于然氣消耗量為 3156.0 百萬噸油當(dāng)量，占比 23.4%。雖然石油目前仍是全球耗量占比最大的能源物質(zhì)，但是有文獻(xiàn)表明[2]:全球煤炭儲量約為 1 萬億噸能源消費(fèi)速度計(jì)算可供使用約 250 年，同時該報道還指出原油僅能夠維持天然氣也僅能夠維持 70 - 120 年，煤炭在將來可能會超過原油，成為全球耗量占比最高的能源物質(zhì)。事實(shí)上，從全球范圍來看，煤炭也的確是儲量石能源。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文的礦物同樣一部分發(fā)生氣化形成無機(jī)蒸氣，另一部分通過熔融和全聚合形。而外在礦物在高溫條件下一部分也會發(fā)生氣化形成無機(jī)蒸氣，但更多的、熔融生成殘灰顆�；蛘呤侵苯尤廴谵D(zhuǎn)化成殘灰顆粒。內(nèi)、外在礦物質(zhì)氣機(jī)蒸氣一部分通過均相成核/凝并聚和形成亞微米顆粒，一部分通過異相凝應(yīng)生成超微米顆�；蛘邅單⒚最w粒[4, 13, 21, 23]。

圖 1-3 痕量元素分類[32]屬元素進(jìn)入人體的途徑有很多種，其中通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體是對方式之一。在煤的燃燒過程中，大部分的易揮發(fā)性重金屬和部分半極少量的難揮發(fā)性重金屬會從煤中釋放出來，形成氣態(tài)重金屬，機(jī)理氯化物：MClx(固) MClx(氣) 硫化物：MSy(固) MSy(氣) 鹽類：MAOz(固) MOx(固)+AOz-x(氣) 氧化物：MOw(固) +CO MOw-1(固)+CO2(氣) MOw-1(固) MOw-1(氣) 代表重金屬元素，A 為主量元素或者次量元素，鹽類先轉(zhuǎn)化成氧化物然在煤燃燒過程中，Pb、V 等半揮發(fā)性重金屬也會氣化進(jìn)入煙氣中溫過程中會成核生長成為亞微米顆�；蛘呤谴罅扛患谝延械募�(xì)顆現(xiàn)有的電廠除塵設(shè)備（靜電除塵器、布袋除塵器等）難以經(jīng)濟(jì)有效

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本文編號：2777241