Mn-Ce/分子筛的脱汞特性研究

采用浸渍法在分子筛载体上负载活性锰、铈组分得到一种复合催化剂,在小型实验台架上考察了催化剂的脱汞性能,并对改性前后的样品进行XPS表征以研究制备的催化剂的活性组分的变化.结果表明负载锰、铈组分的催化剂在300~450℃内有较高的氧化单质汞的能力,特别是在450℃时单质汞的氧化效率仍保持在80%以上.催化剂具有较多的利于单质汞氧化的官能团,其主要靠化学吸附脱汞.烟气中的SO2与NO对单质汞的氧化有一定的抑制作用.     

载溴活性炭去除烟气中的单质汞

为提高活性炭对烟气中单质汞的吸附作用,利用溴对活性炭进行处理.通过对吸附容量和吸附动力学的测试,研究了载溴活性炭对气体中的单质汞的去除行为.结果表明,载溴可使活性炭对单质汞的吸附量显著增加,并加快对单质汞的吸附速率.实验条件下,当载溴量为0.33%时,活性炭对汞的饱合吸附量可增加约80倍,吸附容量达0.2mg/g;相对吸附系数增加了约40倍.溴负载量越高,吸附强化作用越显著.温度升高,载溴活性炭的吸附能力略有下降,烟气中的二氧化硫对单质汞的吸附速率略有抑制作用.     

腐殖酸定向修饰Ce-Co铁基生物焦汞吸附机理

使用腐殖酸对铁基改性生物焦进行定向修饰,并借助固定床吸附装置考察改性后生物焦汞吸附性能,探究了不同腐殖酸负载量下的铁基改性生物焦的汞吸附能力.采用BET、XPS、FTIR表征手段,考察了定向修饰后生物焦的孔隙结构、表面元素价态及表面功能基团的组成,通过SEM扫描电镜探究生物焦微观形貌,并利用EDS能谱分析生物焦表面活性金属成分分布.结果表明,使用腐殖酸对铁基改性生物焦定向修饰后的生物焦汞脱除性能大幅提高,使用5%质量分数包裹后的生物焦汞脱除性能最高,3h单位累积汞吸附量为18025ng/g,相较于未被修饰的铁基改性生物焦汞吸附性能提高65%;负载腐殖酸后的生物焦以介孔为主,表面活性金属种类丰富,有利于单质汞的氧化;样品表面羧基、醇羟基等含氧官能团数量增加,定向修饰后生物焦表面出现大量氨基等利于重金属吸附的含氮官能团;定向修饰后的生物焦表面出现团聚现象,包裹量过高会将生物焦表面活性位点完全包裹,阻碍了氧化还原反应的进行,不利于汞的进一步氧化;汞在生物焦表面的吸附过程同时存在化学吸附与物理吸附.     

商用SCR催化剂氧化汞性能实验研究

文章用固定床开展了商业SCR催化剂对汞氧化活性实验,分析了温度及烟气成分对其汞氧化能力的影响。实验结果表明:商业SCR催化剂在模拟烟气的环境下对单质汞有氧化作用;温度对催化剂的氧化作用影响很大,170~360℃范围内氧化能力很强,能很好地转化单质汞为二价,氧化率达到95%以上;当温度超过360℃时氧化率开始下降,会降到50%;烟气中的酸性气体,NO和HCl能显著增强催化剂对汞的氧化能力,SO_2则会阻碍氧化能力;O_2对催化剂汞氧化能力有促进作用。     

KI改性黏土脱除烟气中单质汞的研究

卤素改性材料对烟气中单质汞的去除具有较高的效率,黏土(膨润土)在我国分布广,资源丰富且廉价易得.为探究KI改性黏土对烟气中单质汞的脱除效率,以浸渍法制得了KI改性膨润土,研究了不同KI负载量、不同吸附温度及不同烟气氛围下,改性膨润土对Hg0的脱除效率和累积吸附量,并与原始膨润土进行对比.运用比表面分析(BET)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)及热重分析法(TGA)等方法对材料的物理化学特性进行了分析.结果表明,KI改性大大提升膨润土对Hg0的脱除效率,并且Hg0的脱除效率随着KI负载量的加大而上升.温度提高了吸附剂吸附Hg0的性质,吸附剂主要表现为化学吸附.O2有利于吸附剂对Hg0的吸附.SO2对吸附剂吸附Hg0有轻微的促进作用,H2O的存在对吸附剂吸附Hg0具有很强的抑制作用.     

活性炭的表面性质对CeOx/AC催化臭氧氧化水中苯甲酸的影响机制

实验对活性炭(activated carbon,AC)进行了氧改性、氮改性、硫改性和氮-硫共改性,考查AC的表面性质对CeO_x/AC催化臭氧氧化苯甲酸性能的影响.结果表明,相比氧改性活性炭ACO、硫改性活性炭ACS和氮改性活性炭ACN,氮-硫共改性活性炭ACNS由于含氮官能团和含硫官能团的引入,提高了对苯甲酸的吸附性能和催化臭氧氧化性能.采用氮-硫共改性活性炭为载体制备的CeO_x/ACNS催化剂表面Ce~(3+)含量最高,因而具有最高的催化活性,反应30 min,苯甲酸的去除率由单独臭氧氧化的22%提高到88%,TOC的去除率单独臭氧氧化的7%提高到55%.CeO_x/ACNS催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,苯甲酸的去除率仅从88%降低到82%,整个过程中活性组分Ce的流失只占负载量的0.32%,是一种很有应用潜力的臭氧氧化催化剂.     

负载铜活性炭脱硫性能研究

以椰壳活性炭为研究对象,运用浸渍法制备负载金属的活性炭催化剂,采用SEM和XRD对材料进行表征,通过脱硫实验分别研究了炭基、载铜活性炭脱硫性能。研究表明:炭基材料的最佳脱硫反应温度为30℃,反应温度越低物理吸附越有利,反应温度越高化学吸附越好;脱硫机理为SO_2、O_2和H_2O被AC吸附成吸附态,主要在微孔条件下形成硫酸;Cu负载量为5%时催化剂具有较好的脱硫效果,Cu活性组分在活性炭上分散度很高,基本以无定形状态存在;Cu负载量进一步增大时,活性炭表面会出现多层覆盖,甚至导致空隙堵塞和脱硫性能下降。     

壳聚糖吸附剂脱除燃煤模拟烟气中汞的试验研究

采用在线检测法检测了纯氮气气氛下及模拟烟气气氛下高分子化合物壳聚糖吸附剂对单质汞的吸附特性,结果表明,温度升高有利于脱汞反应的进行,纯氮气氛下脱除汞单质效率不高,60℃时为28.85%, 120℃时升为38.46%;氮氧化物、硫氧化物对汞的脱除有一定的促进作用,在模拟烟气气氛下120℃时吸附剂出口平衡吸附率为48.05%,平均吸附率约68%.红外光谱分析揭示了壳聚糖吸附剂吸附烟气中汞的机理为2个游离氨基与2个羟基鳌合1个汞原子或汞离子.     

Ce-Zr-Ox/ATS复合催化剂的制备及其催化氧化Hg0性能研究

采用等体积浸渍法制备了一系列的Ce-Zr-O_x/ATS复合催化剂,在模拟燃煤烟气中研究Ce-Zr-O_x/ATS复合催化剂催化氧化单质汞(Hg~0)的活性.结果表明,当空速小于7000 h~(-1)时,催化剂在200~350℃的温度区间内催化氧化活性能达到80%以上.当空速为3000 h~(-1),HCl浓度为20 mg·m~(-3),氧含量为6%(体积分数),350℃时催化剂活性最高为94.70%.催化剂表征结果表明,催化剂比表面积、孔容和孔径与汞脱除能力没有相关性.抗硫实验表明,SO_2会抑制Hg~0的脱除反应,原因是SO_2与HCl在催化剂表面活性位上的竞争吸附.300℃时,通入NH_3对催化活性有一定的抑制作用,原因是NH_3会与Hg~0和HCl在催化剂表面产生竞争吸附.     

零价汞在MnOx/α-Al2O3-氯气体系中的催化氧化

为强化烟气中零价汞向二价汞的转化,利用模拟含汞烟气研究了以MnOx/α-Al2O3作为催化剂、利用氯气作为氧化剂催化氧化零价汞的方法.着重考察了氯气浓度、温度、空速和SO2对催化氧化零价汞性能的影响,并与HCl作为氧化剂的结果进行了对比.同时,对催化剂进行表征,探讨了催化剂表面吸附态汞的形态.研究结果表明,Cl2较HCl更易活化且活性温度区间更广,在100～300℃范围内,Cl2体积分数为2.0×10-6时的催化氧化效率即可达80%以上;在1.6×104-6.4×104 h-1空速范围内,零价汞氧化率保持在90%以上.空速继续提高到1.92×105h-1时,零价汞氧化率呈现线性下降趋势;烟气中的SO2与Cl2:反应会消耗Cl2,Cl2体积分数低时对催化氧化反应抑制作用显著,但Cl2体积分数增至5.0×10-6时对催化氧化反应的抑制效果较弱,仅为10%左右.     

Effect of oxidation treatment on the adsorption and the stability of mercury on activated carbon

Oxidation treatment on the adsorption and the stability of Hg on activated carbon （AC） was inrestigated. Both MnO2-AC and FeCl3-AC were produced during oxidation treatment. The measurement of modified AC＇s mercury adsorption capacity was conducted in a simulated coal-fired flue gas by adsorbing test apparatus. TCLP and column leaching methods were used to test the stability of mercury adsorbed on ACs. The results indicate that the oxidation treatment changed the pore structure of the AC and modified the carbon surface by creating chemical components such as MnO4^-, Mn^4＋, O, NO^3-, Fe^3＋, Cl^-, etc. The Hg sorption capacity on MnO2-AC or FeCl3-AC was about three times higher than that of untreated carbon. In addition, the mercury control cost of each of the formers was about the half cost of the untreated carbon. The stability of Hg absorption was studied, it found that mercury adsorbed on the oxidation treated AC was not better than that of untreated carbon. It could concluded that the insoluble form of Hg is very important to the stability of mercury adsorbed on AC. This study suggests that the FeCl3-AC is the best absorbent for Hg with high adsorption capacity, better Hg adsorption stability in leaching environment, and lower cost among the three ACs tested.     

V2O5/AC在含SO2气氛中对气态Hg0的吸附脱除研究

利用固定床反应器研究了模拟烟气(N_2、SO_2、O_2)气氛下,气态Hg~0在V_2O_5/AC催化剂上的吸附脱除行为.考察了V_2O_5担载量、SO_2浓度和吸附温度等对V_2O_5/AC吸附脱除Hg~0的影响,并对V_2O_5/AC上吸附汞的形态进行了XPS分析表征.研究发现,V_2O_5/AC对Hg~0的吸附能力远大于载体AC.汞的吸附量与V_2O_5/AC中V_2O_5的质量分数有关,随着V_2O_5质量分数从0.5%增加到1.0%,汞的吸附量从75.9 μg·g~(-1)增加到89.6 μg·g~(-1) (无氧) 和115.9 μg·g~(-1)增加到185.5 μg·g~(-1) (有氧),远高于相同吸附条件下的AC上的汞吸附量 (9.6 μg·g~(-1)和23.3 μg·g~(-1)).SO_2对Hg~0的吸附有促进作用,主要是由于SO_2和Hg~0在V_2O_5/AC上发生了化学反应.但是当SO_2体积分数从500×10~(-6)增加到2 000×10~(-6)时,V_2O_5/AC对汞的吸附量只增加了5%.不同温度下的实验结果表明,V_2O_5/AC催化剂在150℃左右的吸附脱除Hg~0的能力最高,汞的吸附量达到98.5 μg·g~(-1) (无氧) 和187.7 μg·g~(-1) (有氧).XPS 分析结果表明,在V_2O_5/AC催化剂表面有HgO和HgSO_4生成,证实了V_2O_5和SO_2的作用.     

Influence of moderate pre-oxidation treatment on the physical, chemical and phosphate adsorption properties of iron-containing activated carbon

A novel adsorbent based on iron oxide dispersed over activated carbon(AC) were prepared, and used for phosphate removal from aqueous solutions. The influence of pre-oxidation treatment on the physical, chemical and phosphate adsorption properties of iron-containing AC were determined. Two series of ACs, non-oxidized and oxidized carbon modified by iron(denoted as AC-Fe and AC/OFe), resulted in a maximum impregnated iron of 4.03% and 7.56%, respectively. AC/O-Fe showed 34.0%–46.6% higher phosphate removal efficiency than the AC-Fe did. This was first attributed to the moderate pre-oxidation of raw AC by nitric acid, achieved by dosing Fe(II) after a pre-oxidation, to obtain higher iron loading, which is favorable for phosphate adsorption. Additionally, the in-situ formed active site on the surface of carbon, which was derived from the oxidation of Fe(II) by nitric acid dominated the remarkably high efficiency with respect to the removal of phosphate. The activation energy for adsorption was calculated to be 10.53 and 18.88 kJ/mol for AC-Fe and AC/OFe, respectively. The results showed that the surface mass transfer and intra-particle diffusion were simultaneously occurring during the process and contribute to the adsorption mechanism.     

FeCl3改性钢渣脱除燃煤烟气中Hg0的研究

以钢铁厂废弃钢渣为原料,以丙酮溶液为分散剂制备FeCl₃改性材料,在固定床吸附评价装置上考察了钢渣在FeCl₃改性前后对模拟烟气中Hg脱除效果的影响,并结合吸附试验与微观表征对改性催化剂的脱汞性能进行分析.结果表明:氯是FeCl₃改性钢渣吸附剂的主要活性组分,FeCl₃的掺入使钢渣的比表面积由1.06 m2/g提高到1.32 m2/g,进而提高吸附剂的汞吸附容量,经FeCl₃改性后废弃钢渣对汞的脱除效率比未改性前提升了3.2倍.SO₂的存在降低了FeCl₃改性钢渣材料的脱汞性能,持续通入的SO₂与吸附剂接触占据了部分孔道和表面活性位点,使得对单质汞的吸附效率下降,200℃时含有SO₂时的FeCl₃改性钢渣吸附剂吸附量比未通入SO₂气体的改性材料降低了75.57%;在含有HCl气体的烟气体系中,FeCl₃改性钢渣材料对汞的脱除效率从3432.70 ng/g升至10341.10 ng/g,并且随着反应温度的升高零价汞向氧化态汞转化的效率增加.研究显示,SO₂的存在降低了FeCl₃改性钢渣吸附剂的脱汞性能,而HCl气体有效地促进了FeCl₃改性钢渣吸附剂对零价汞（Hg0）的脱除.      

酸-碘改性壳聚糖-膨润土脱除单质汞特性及机理分析

为探明烟气中酸性气体(SO2,NO,HCl)和H2O对酸-碘改性壳聚糖-膨润土吸附剂脱除单质汞(Hg0)的影响和脱除机理,在小型固定床试验台架上开展了Hg0脱除的实验研究.结果表明:由于SO2与Hg0在吸附剂表面活性位上存在竞争吸附,SO2抑制吸附剂对Hg0的脱除.H2O和较高浓度(1000μg/m3)的NO对脱汞具有明显地促进作用.由于低温下HCl与Hg0较高的反应能垒,HCl对脱汞没有影响.与单一烟气成分影响相比,在SO2、NO、HCl和H2O的联合作用下,吸附剂的长时间脱汞性能得到大幅提高.机理分析表明壳聚糖首先被酸中的H+质子化,之后再吸附酸与KI反应生成的I2,进而有效地吸附Hg0.量子化学计算表明壳聚糖在酸性条件下对I2具有良好的吸附特性,改性壳聚糖吸附剂对Hg0具有较好的吸附能力,其吸附能约为127kJ/mol.     

PDMS基涂层活性炭对甲苯、苯和丙酮吸附研究

活性炭疏水性改性是提高其对含水VOCs选择性吸附的重要手段,然而这种改性方法对活性炭吸附不同VOCs的效果研究较少.采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)对活性炭进行改性处理,并利用BET、Boehm滴定等方法对活性炭进行表征.采用动态吸附法,利用Yoon-Neslon吸附理论模型研究了不同相对湿度条件下,PDMS改性活性炭对VOCs(甲苯、苯、丙酮)吸附穿透曲线、饱和吸附量的影响及关键影响因素.结果表明:PDMS改性活性炭BET比表面积、微孔容积和表面酸碱官能团含量均有减少;经PDMS改性后,活性炭表面疏水性增大.动态吸附实验结果表明:PDMS改性前后活性炭吸附甲苯、苯、丙酮穿透曲线均符合Y-N模型;随着相对湿度增大,未经改性的活性炭(Bare-AC)对甲苯、苯和丙酮吸附速率降低、平衡吸附量减少,PDMS改性活性炭对甲苯、苯分子吸附速率和选择吸附能力提高,其中PDMS改性的活性炭(PDMS/AC-250)对甲苯、苯吸附量为相同条件下Bare-AC的1.86(甲苯)、1.92(苯)倍,但对丙酮分子提高不明显;结合表征结果分析,PDMS改性活性炭对VOCs分子吸附主要依靠化学吸附,同时与VOCs分子极性有关.     

ZnCl_2溶液对褐煤半焦表面性质及其中高温脱汞性能的影响

利用ZnCl_2溶液对褐煤进行浸渍后在700℃条件下热解制备改性半焦,采用N2吸附/脱附、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等手段对ZnCl_2处理前后两种半焦表面物化性质进行了表征,在小型固定床反应器上研究了ZnCl_2溶液浸渍处理前后褐煤半焦对气态单质汞(Hg~0)的脱除性能.结果表明,经过ZnCl_2处理得到的半焦(ZSC)具有发达的孔隙结构,其表面含氧官能团含量和数量有所提高,并出现了新的C-Cl基团;在100~360℃温度范围内,制备的改性半焦ZSC的脱汞效率随温度升高而降低,但在中高温条件下仍表现出良好的脱汞性能;在化学吸附过程中,气态Hg0被C-Cl基团氧化为HgCl或HgCl_2,同时Hg~0与半焦表面含氧官能团结合生成HgO,Hg~0最终以HgCl_2或HgO的形式附着在半焦表面.     

改性活性炭在环境保护中的应用

活性炭是一种应用广泛的吸附催化剂 ,其性能取决于它的孔隙结构和表面化学性质。为了提高其吸附效率和改善其吸附选择性及其催化性能 ,往往需要对活性炭的孔隙结构进行调整以及改变其表面化学性质。综述了活性炭的改性方法及其特点、改性活性炭在环境保护中的应用及其再生等方面的研究概况     

Mercury oxidation and adsorption characteristics of potassium permanganate modified lignite semi-coke

The adsorption characteristics of virgin and potassium permanganate modified lignite semi-coke (SC) for gaseous Hg⁰ were investigated in an attempt to produce more effective and lower price adsorbents for the control of elemental mercury emission. Brunauer-Emmett-Teller (BET) measurements, X-ray powder diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to analyze the surface physical and chemical properties of SC, Mn-SC and Mn-H-SC before and after mercury adsorption. The results indicated that potassium permanganate modification had significant influence on the properties of semi-coke, such as the specific surface area, pore structure and surface chemical functional groups. The mercury adsorption efficiency of modified semi-coke was lower than that of SC at low temperature, but much higher at high temperature. Amorphous Mn⁷⁺, Mn⁶⁺ and Mn⁴⁺ on the surface of Mn-SC and Mn-H-SC were the active sites for oxidation and adsorption of gaseous Hg⁰, which oxidized the elemental mercury into Hg²⁺ and captured it. Thermal treatment reduced the average oxidation degree of Mn^x+ on the surface of Mn-SC from 3.80 to 3.46. However, due to the formation of amorphous MnO_x, the surface oxidation active sites for gaseous Hg⁰ increased, which gave Mn-H-SC higher mercury adsorption efficiency than that of Mn-SC at high temperature.