發(fā)布時間：2017-10-22 19:08

  本文關鍵詞：改性活性炭脫除燃煤煙氣中單質汞的研究

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【摘要】：我國大氣污染現(xiàn)狀日益嚴峻,汞由于具有持久性、易遷移性和生物富集性等點,已成為繼燃煤煙氣顆粒物、SO2和NOx優(yōu)先控制的全球性污染物。燃煤煙氣的汞是最主要的人為源之一,其中,單質汞(Hg0)是最難脫除的汞形態(tài),成為目大氣汞污染控制研究的重點�；钚蕴烤哂休^高的比表面積和豐富的孔道結構,已應于實際工業(yè)煙氣汞治理�；钚蕴砍杀韭愿�,會限制其廣泛應用,故需尋找合適的改方法,制備出高脫汞性能的活性炭,以降低活性炭的用量從而降低其使用成本。本文首先對12種商用活性炭的脫汞性能進行評價,通過對其進行表征,闡明了脫汞性能差異的原因。采用硝酸浸漬法對活性炭進行改性,強化自身含氧、含氮官團,并建立了硝酸改性活性炭理化性質與脫汞性能的構效關系,結合TPD表征手,揭示了活性炭材料在不同煙氣條件下的反應機理。以Mn、Fe、Co、Ce、Cu等渡金屬的氧化物為活性組分,采用等體積浸漬法制各一系列改性活性炭材料,并進步考察了反應溫度、活性物種負載量和煙氣組分等對炭基催化材料脫汞性能的影,通過分析脫汞產物的種類,初步推測其脫汞反應的機理。取得的主要研究成果如下：(1)考察了硝酸浸漬改性活性炭的脫汞性能,闡明了改性活性炭的理化性質和汞性能之間的構效關系�；钚蕴勘砻娴聂驶�、酯基或者酸酐官能團可提高活性炭對的吸附能力,吡咯官能團對脫汞有催化作用。(2)考察了煙氣組分對硝酸改性活性炭脫汞的影響,闡明了單組分煙氣HCl、 O2、NO氣氛下,硝酸改性活性炭的脫汞機制,并在多組分酸性氣體共存時,比較煙氣組分在活性炭上的吸附產物與汞的結合能力。物理吸附態(tài)的S02與Hg0的競爭乏附作用會抑制活性炭的脫汞性能,而化學吸附態(tài)的硫酸鹽物種則有利于活性炭脫NO和HCl均可在材料表面生成新的活性物種,對Hg0的脫除起到促進作用。此S02可抑制NO在材料表面生成活性物種,進而導致活性炭脫汞性能降低。汞與性氣體在活性炭上的吸附產物的結合能力應遵循如下順序：C1- S- N-。(3)研究了金屬氧化物改性活性炭的脫汞性能,篩選了最佳脫汞性能的過渡金改性活性炭材料。Mn/AC的活性最高,最佳負載量為10%, Mn/AC上的Mn3O4微晶含量越高、比表面積越大越有利于汞的脫除。(4)考察了煙氣組分對Mn/AC脫汞性能的影響,探討了不同煙氣共存氣氛下的脫汞機理。O2可將Hg0氧化為HgO從而促進汞的脫除。SO2可破壞材料表面的離子空穴而抑制汞的脫除。NO吸附在材料表面生成氧化性活性物種NO2和NO3-促進汞的脫除。HCl在材料表面吸附生成活性Cl原子,進而將Hg0氧化成HgCl2。H20蒸氣會抑制氣相O2再生材料上品格氧或化學吸附氧,進而導致材料的脫汞性能下降。
【關鍵詞】：汞 活性炭 硝酸 錳 反應機理
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(過程工程研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X701;TQ424.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-37
• 1.1 研究背景13-22
• 1.1.1 汞及其化合物的性質及危害14
• 1.1.2 汞污染來源14-16
• 1.1.3 汞污染全球分布16-18
• 1.1.4 中國汞污染現(xiàn)狀18-21
• 1.1.5 燃煤煙氣汞排放特征21-22
• 1.2 燃煤煙氣汞污染控制技術研究現(xiàn)狀22-28
• 1.2.1 燃燒前脫汞23
• 1.2.2 燃燒中脫汞23
• 1.2.3 燃燒后脫汞23-28
• 1.3 改性活性炭脫汞的研究現(xiàn)狀28-30
• 1.3.1 鹵素改性活性炭28-29
• 1.3.2 非鹵素改性活性炭29-30
• 1.4 活性炭上零價汞的氧化機理30-32
• 1.5 選題意義及思路、研究內容32-37
• 1.5.1 選題意義32-33
• 1.5.2 研究思路33-34
• 1.5.3 研究內容34-37
• 2 實驗系統(tǒng)及活性炭的篩選37-53
• 2.1 引言37
• 2.2 實驗試劑及設備37-38
• 2.2.1 實驗試劑37-38
• 2.2.2 實驗設備及儀器38
• 2.3 脫汞性能評價裝置38-44
• 2.3.1 實驗平臺38-42
• 2.3.2 脫汞性能評價42
• 2.3.3 穩(wěn)定性測試42-44
• 2.4 活性炭選取及改性活性炭的制備方法44-45
• 2.4.1 實驗用活性炭44
• 2.4.2 改性活性炭的制備方法44-45
• 2.4.2.1 硝酸改性活性炭制備44
• 2.4.2.2 金屬氧化物改性活性炭制備44-45
• 2.5 活性炭表征方法45-47
• 2.5.1 物理結構及表面形貌表征45
• 2.5.2 表面化學性質表征45-47
• 2.6 不同活性炭脫汞性能評價47-48
• 2.7 樣品表征結果及討論48-52
• 2.7.1 比表面積和孔結構48-49
• 2.7.2 表面官能團49
• 2.7.3 元素種類49-52
• 2.7.3.1 EDX表征49-50
• 2.7.3.2 程序升溫脫附實驗50-51
• 2.7.3.3 XPS表征51-52
• 2.8 小結52-53
• 3 硝酸改性活性炭脫汞性能研究53-67
• 3.1 引言53-54
• 3.2 硝酸改性活性炭的脫汞性能評價54-55
• 3.3 硝酸改性活性炭理化性質及構效關系55-59
• 3.3.1 表面形貌55
• 3.3.2 比表面積及孔容55-56
• 3.3.3 微觀結構56-57
• 3.3.4 表面元素含量57-58
• 3.3.5 表面官能團58-59
• 3.4 硝酸改性活性炭脫汞機理59-64
• 3.4.1 產物分析59-61
• 3.4.2 表面官能團分析61-64
• 3.4.3 機理推測64
• 3.5 小結64-67
• 4 煙氣組分對硝酸改性活性炭脫汞的影響及機理探討67-85
• 4.1 引言67
• 4.2 煙氣組分對硝酸改性活性炭脫汞性能的影響67-81
• 4.2.1 SO_2對脫汞性能的影響67-70
• 4.2.2 NO對脫汞性能的影響70-71
• 4.2.3 HCl對脫汞性能的影響71-74
• 4.2.4 NO與HCl共存對脫汞性能的影響74-76
• 4.2.5 SO_2與HCl共存對脫汞性能的影響76-77
• 4.2.6 SO_2與NO共存對脫汞性能的影響77-79
• 4.2.7 復雜煙氣組分下脫汞性能79-81
• 4.3 復雜煙氣組分下反應機理分析81-84
• 4.4 小結84-85
• 5 金屬氧化物改性活性炭脫汞實驗研究85-111
• 5.1 引言85-86
• 5.2 活性炭篩選86
• 5.3 制備方法篩選86-87
• 5.4 活性組分篩選87-88
• 5.5 Mn/AC脫汞性能的影響因素88-107
• 5.5.1 負載量對Mn/AC脫汞性能的影響88-94
• 5.5.2 溫度對Mn/AC脫汞性能的影響94-95
• 5.5.3 煙氣組分對Mn/AC脫汞性能的影響95-107
• 5.5.3.1 O_2對Mn/AC脫汞性能的影響95-96
• 5.5.3.2 SO_2對Mn/AC脫汞性能的影響96-99
• 5.5.3.3 NO對Mn/AC脫汞性能的影響99-102
• 5.5.3.4 HCl對Mn/AC脫汞性能的影響102
• 5.5.3.5 H_2O對Mn/AC脫汞性能的影響102-105
• 5.5.3.6 反應機理分析105-107
• 5.6 Mn/AC穩(wěn)定性試驗107-108
• 5.7 小結108-111
• 6 結論與展望111-115
• 6.1 主要研究結論111-112
• 6.2 本論文主要創(chuàng)新點112
• 6.3 展望112-115
• 符號表115-117
• 參考文獻117-125
• 個人簡歷及發(fā)表文章目錄125-127
• 致謝127

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本文編號：1079679