【摘要】：汞是一種有毒物質(zhì),嚴(yán)重威脅人類健康和生態(tài)安全。近年來,大氣汞污染問題日益受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注。燃煤電站是最大的人為汞排放源之一,針對燃煤電站汞排放進(jìn)行控制具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,吸附劑煙道噴射技術(shù)被認(rèn)為是最有效的專門脫汞技術(shù)。活性炭吸附劑因?yàn)榫哂惺謨?yōu)越的汞吸附性能,成為國內(nèi)外脫汞領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但是,活性炭高昂的生產(chǎn)成本以及對電廠飛灰再利用帶來的負(fù)面影響,已成為阻礙其大規(guī)模推廣應(yīng)用的障礙。因此,本論文旨在開發(fā)一種高效而廉價(jià)的活性炭汞吸附劑并對其汞吸附機(jī)理進(jìn)行探究。首先,本文選用含碳量高,廉價(jià)的瀝青為原料,根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)原則,制備出不同活化方法下的原始活性炭原始樣品。研究不同的制備條件對活性炭性能的影響及其機(jī)理,并通過經(jīng)濟(jì)性分析優(yōu)選出性價(jià)比最高的原始活性炭制備方案。然后,對該性價(jià)比最優(yōu)的原始活性炭樣品進(jìn)行不同種類物質(zhì)的化學(xué)改性,并在不同模擬煙氣氣氛下對改性后的活性炭進(jìn)行汞吸附性能評價(jià)。其次,從吸附動力學(xué)角度,研究改性活性炭的汞吸附動力學(xué)。最后,為消除活性炭吸附劑對飛灰再利用帶來的負(fù)面影響以及提升活性炭使用次數(shù)降低活性炭噴射成本,提出一種可回收的磁改性活性炭的方法,并對其真實(shí)煙氣適應(yīng)性進(jìn)行優(yōu)化。原始活性炭的制備過程中,不同的實(shí)驗(yàn)變量對活性炭的比表面積,產(chǎn)率和汞吸附性能都有著不同程度的影響。并且各實(shí)驗(yàn)變量之間相互關(guān)聯(lián)、耦合,因此本文重點(diǎn)研究各實(shí)驗(yàn)變量對活性炭性能的影響機(jī)理,得到了一種經(jīng)濟(jì)而高效的活性炭吸附劑制備方法。研究內(nèi)容包括:(1)根據(jù)單一變量法原則,分別研究不同實(shí)驗(yàn)條件對活性炭性能的影響,發(fā)現(xiàn)碳化溫度和KOH的混合比例對活性焦表面官能團(tuán)的形成存在密切聯(lián)系,活化溫度對活性炭的表面孔結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)率影響顯著,提高活化溫度可以增加活化反應(yīng)的速率,利于活性炭內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的形成。但是溫度過高,劇烈的反應(yīng)速率將使孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“坍塌”。(2)分別采用物理活化法,化學(xué)活化法以及物理-化學(xué)聯(lián)合活化法對瀝青進(jìn)行原始活性炭制備,通過對制備得到的原始活性炭樣品進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)分析以及汞吸附性能評價(jià)。研究了不同實(shí)驗(yàn)變量量(炭化溫度,炭化時(shí)間,活化劑量,活化溫度,活化時(shí)間等)對活性炭性能影響的顯著性。研究結(jié)果表明,采用單一的物理活化法,制備過程中瀝青中的碳大部分以揮發(fā)分的形式被熱解,導(dǎo)致活性炭的產(chǎn)率極低,故不適合用于瀝青基活性炭的制備。KOH的添加在碳化過程中可以有效的減少瀝青質(zhì)以揮發(fā)分形式被熱解消耗,利于提高活性炭的產(chǎn)率。KOH與碳的混合比例是決定活性炭孔結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率及汞吸附性能好壞的決定性因素。(3)通過極差分析和因素水平分析結(jié)果,得到了不同制備方法下最優(yōu)性能活性炭的實(shí)驗(yàn)組合,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)組合的準(zhǔn)確性。(4)通過建立活性炭制備系統(tǒng)模型,結(jié)合制備能耗,產(chǎn)率,系統(tǒng)成本的因素,對不同方法制備的活性炭進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價(jià),得到了一組最優(yōu)性價(jià)比的活性炭制備方案。由于原始活性炭對汞的吸附能力十分有限,為了提升其汞吸附性能,本論文采用不同的方法對活性炭進(jìn)行化學(xué)改性,并研究其汞吸附機(jī)理。研究內(nèi)容包括:(1)以固定床實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ),結(jié)合不同表征手段,研究了鹵素改性活性炭的汞吸附機(jī)理,發(fā)現(xiàn)HBr和單質(zhì)碘改性的活性炭汞吸附性能最為優(yōu)越,在吸附過程中均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)同時(shí)發(fā)揮作用。改性活性炭在一定的溫度條件下,一部分鹵素會釋放到氣相中與汞發(fā)生均相氧化反應(yīng),另外一部分鹵素元素則以化學(xué)鍵的形式存在于活性炭的表面和孔道結(jié)構(gòu)中,對汞進(jìn)行非均相的氧化、吸附。(2)研究單質(zhì)碘改性活性炭的動力學(xué)吸附行為,發(fā)現(xiàn)該吸附行為比較接近準(zhǔn)二次吸附模型,說明化學(xué)點(diǎn)位數(shù)量是吸附行為強(qiáng)弱的控制步驟。(3)為了減少活性炭在電廠噴射過程中給電廠飛灰再利用造成的負(fù)面影響,本論文嘗試通過對活性炭進(jìn)行磁力改性的方法,開發(fā)可回收的高效脫汞活性炭。研究表明,MnFe2O4-AC能夠使活性炭具有磁性,并且改性后活性炭對HgO的氧化能力增強(qiáng)。(4)為了增加磁性活性炭在真實(shí)煙氣中的適應(yīng)性,論文研究了 NO,SO2,SO3等煙氣組分對磁性活性炭汞吸附性能的影響,發(fā)現(xiàn)氣相中O2和HC1利于提升磁性活性炭的汞吸附性能,而SO2,SO3和H2O極大的降低了吸附劑的汞吸附性能。為了提高磁性活性炭對真實(shí)煙氣的適應(yīng)能力,降低煙氣中硫的氧化物對其吸附性能的影響,本論文采用在磁改性的過程中添加活潑堿金屬氧化物的方式對活性炭進(jìn)行改性,結(jié)果表明,堿金屬氧化物的加入能夠明顯的降低SO3對活性炭吸附劑汞吸附性能的影響。(5)針對吸附劑在煙道中停留時(shí)間極短,活性炭汞吸附性能無法被充分利用問題,本論文研究了磁性活性炭多次重復(fù)利用問題,結(jié)果表明,經(jīng)多次汞吸附實(shí)驗(yàn),磁性活性炭依然能保持較高的汞吸附效率,說明該活性炭在實(shí)際電廠運(yùn)用將很大程度上降低活性炭噴射的成本。
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２．２．２．２紅外光譜表征逡逑本論文中通過紅外光譜技術(shù)研究樣品表面宮能丨Ｉ丨種類，，為揭示相關(guān)結(jié)論提供逡逑數(shù)扮；－支掉。圖２－２足丨ｋｒｋｉｎ邋Ｅ丨ｍｅｒ邋Ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ＯＮＥ傅、Ｖ．葉紅外光ｉ

本文編號：2635448