金属卤化盐改性沸石脱汞性能

为了获得性价比较高的燃煤烟气脱汞吸附及氧化材料,采用碱金属卤化盐、过渡金属卤化盐等溶液浸渍改性人造沸石,通过固定床吸附实验考查改性沸石对模拟烟气中汞的脱除能力,讨论改性沸石对汞的脱除机理。结果表明:碱金属卤化盐改性会略微降低沸石对汞的脱除能力,过渡金属卤化盐改性会显著提高沸石对汞的脱除能力。提高溶液浓度会提高过渡金属卤化盐溶液改性沸石的脱除能力。改性导致沸石的比表面积减小、孔容积减小,吸附能力减弱,但有效官能团的增加使得氧化及催化氧化能力增强。过渡金属卤化盐改性沸石对汞的脱除机理为化学吸附占主导地位,Hg~0被物理吸附的比例小于5%,其余的均被氧化成汞氧化物。     

硝基苯酚和硝酸改性酚醛泡沫脱除烟气中Hg~0

以酚醛泡沫作为基体材料,选择对硝基苯酚和硝酸作为改性剂,制备改性酚醛泡沫PF-12%NO_2和PF-HNO3-5,并研究其对模拟烟气中Hg~0的脱除能力。通过红外和热重表征发现,2种改性剂均可在样品表面引入硝基,且硝酸改性样品PF-HNO_3-5的热解温度更低,可能是由于其表面产生了大量羰基。脱汞实验发现,未改性样品PF-0的汞吸附量仅有0.46μg/g,而PF-12%NO_2的汞吸附量为1.45μg/g,PF-HNO_3-5的汞吸附量为14.63μg/g,表明硝基和羰基确实可以提升吸附剂对烟气中Hg~0的吸附能力。PF-12%NO_2和PF-HNO_3-5的汞吸附曲线均符合颗粒内扩散模型及Bangham模型。     

温度对改性矿物吸附剂脱除气态汞影响

以蛭石、丝光沸石、膨润土及经改性后各物质为吸附剂，N2气氛下，在固定床实验台上进行了对烟气中单质汞脱除的实验研究，主要考察了温度的改变对改性矿物吸附剂脱除气态汞的影响。研究结果显示，膨润土、蛭石对汞的吸附基本不受温度的影响；未改性的吸附剂对汞的吸附能力均比较差；温度的提高有利于改性吸附剂对单质汞的脱除，说明改性后的吸附剂的脱汞过程以化学吸附为主；真正起作用的活性组分CeO2占据了丝光沸石的大部分表面积和空隙；丝光沸石经CuO改性前后吸附能力几乎未发生变化。     

氯化铜改性石墨相氮化碳吸附剂的脱汞性能

针对燃煤电厂汞污染物排放控制的问题,以尿素为前驱体,通过直接热聚合法制得绒毛状石墨相氮化碳(gC_3N_4),并用于低温条件下吸附脱除单质汞(Hg~0)。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)等手段对吸附剂进行表征。结果表明:未改性g-C_3N_4具有良好的低温脱汞活性,在120°C时其脱汞效率可达84.7%;CuCl_2改性可以有效提高g-C_3N_4的脱汞性能,其脱汞效率在40～200°C范围内均可达到97%以上;温度对吸附剂脱汞效率的影响较小。XPS表征测试结果表明,铜离子和共价态氯原子均参与了单质汞的吸附脱除反应,Hg~0被Cu~(2+)离子和共价态Cl原子氧化成了Hg~(2+)离子,再吸附于g-C_3N_4表面而脱除。CO_2、SO_2和水蒸气对吸附剂脱汞效率影响较小,但水蒸气可提高汞吸附量。     

滤料负载粉尘层对气态汞脱除性能的实验研究

通过不同性能纤维滤料负载燃煤飞灰粉尘层,来模拟袋式除尘器滤袋表面粉尘附着层,进而研究袋滤器用不同性能纤维滤料和粉尘附着层对燃煤烟气中Hg0的联合脱除性能。在固定床实验系统上分别进行了不同纤维滤料和燃煤飞灰粉尘层,以及经实验优选得到的华博特滤料负载燃煤飞灰粉尘层脱除燃煤烟气中Hg0的实验研究。结果表明,燃煤飞灰粉尘层和华博特滤料对Hg0分别有一定的脱除作用,脱除效率可达35%和42.5%,它们对Hg0的脱除是物理吸附和化学吸附共同作用的结果;同时,华博特滤料负载燃煤飞灰粉尘层对Hg0的联合脱除效率受到吸附反应温度、入口汞浓度和烟气停留时间等因素的影响,最佳脱汞率可达64.4%;吸附反应温度越高,脱除效率越低;烟气停留时间越大,脱除效率越高;入口汞浓度的提高并不一定提高华博特滤料负载飞灰粉尘层的脱汞效果。     

卤化铵改性竹炭对单质汞吸附性能的影响

为了研究廉价吸附剂竹炭的脱汞性能,将经过CO_2活化并采用NH_4Cl、NH_4I超声浸渍改性的竹炭(BC)应用于单质汞的吸附,并对比不同负载量的NH_4Cl以及NH_4I改性和温度等因素对竹炭的汞脱除性能的影响。采用了元素分析、扫描电镜分析、XPS表征、比表面积及孔径分布等对材料进行研究。结果表明,NH_4Cl和NH_4I改性显著提高竹炭的脱汞能力,并且在同等条件下NH_4I改性剂效果优于NH_4Cl。研究表明提高负载量会造成吸附材料孔堵塞,但在0~8wt.%的负载量情况下,孔道的堵塞不足以抵消化学吸附带来的积极作用,表明改性竹炭对汞的吸附主要表现为化学吸附。同时改性竹炭存在随着温度升高其吸附效率先降低后升高的趋势,暗示竹炭对汞的吸附在低温时物理吸附占优势,温度升高时化学吸附占优势。     

椰壳碳基吸附剂的脱汞特性

为研究来源于生物质的椰壳活性炭对单质汞的脱除性能,采用化学浸渍法对椰壳活性炭进行化学改性处理,并在小型实验台架上考察了椰壳碳基吸附剂的脱汞性能。并对改性前后的样品进行了BET和SEM表征分析以研究改性前后椰壳活性炭的变化规律。结果表明,改性后椰壳活性炭具有较强的脱汞能力,特别是在140℃、180℃时的脱汞效率仍保持在95%以上。改性后椰壳活性炭具有更多的利于脱汞的官能团,其主要靠化学吸附脱汞。烟气中低浓度的SO_2与NO对汞的脱除有一定的抑制作用,而HCl有一定的促进作用。     

负载V2O5-WO3／TiO2掺炭纤维脱除烟气中Hg^0

通过固定床实验系统研究烟气脱除零价汞的实验，首先研究了滤袋常用的聚苯硫醚（polyphenylene sulfide，PPS）以及活性炭纤维（activated carbon fiber，ACF）在不同温度、不同气体组分下负载V2O5-WO3／TiO2催化剂，对模拟燃煤烟气中零价汞（Hg^0）的脱除效果。然后对比研究了活性炭纤维协同滤袋常用纤维负载催化剂后，对模拟燃煤烟气中Hg^0的脱除性能。结果表明，在汞蒸气人口浓度为50μg／m^3，纯N2气氛下，当温度为25℃时，两者脱除率均能达到99％，当温度为200℃，负载催化剂的活性炭纤维脱除率在30％左右，PPS纤维仅为10％左右。在200℃情况下，模拟烟气的组分为N2＋O2时，2种纤维的Hg^0脱除率提高了10％～20％，当在混合气体中添加0．01％。后，负载催化剂的PPS纤维Hg^0脱除率能达到80％，活性炭纤维Hg^0脱除率能达到98％。当温度为200℃，模拟烟气的组分为N2＋O2＋HCl时，不同性能掺炭纤维负载催化剂后Hg^0脱除率在69％～95％范围之间变化，其中PPS掺炭纤维对Hg^0脱除效率最高达到95％，因此，负载V2O5-WO3／TiO2催化剂的PPS掺炭纤维能在高温烟气中保持较高的Hg^0脱除率。     

SO2、NO对汞在湿法电除尘器中脱除的影响

湿法电除尘器(WESP)作为一种控制烟气中超细颗粒物的有效手段被应用于燃煤电厂的超低排放改造中,然而烟气中的Hg~0受电场、水膜、烟气组分等因素的影响在WESP中的协同脱除机理尚不明确。为了深入了解该机理,探讨了WESP电场和水膜对Hg~0的控制机理,并进一步研究了烟气中SO_2、NO对Hg~0在WESP中脱除的影响。结果表明:电场静电作用对烟气中Hg~0脱除贡献较小,O_2电离产物?O对Hg~0的氧化作用是O_2促进Hg~0脱除的主要途径,水蒸气通过电离产生?OH促进Hg~0氧化以及通过黏附作用促进Hg~0脱除;水膜的裹挟作用对WESP系统Hg~0的脱除贡献较小,溶于水中的汞不稳定且容易再释放;SO_2、NO均通过在电场中电离产生?O促进Hg~0氧化脱除,其中,SO_2及其电离产物溶于水膜后可以与Hg~(2+)形成稳定配合物抑制汞的再释放,而NO的电离产物在水膜中对汞再释放的抑制作用较小。     

湿法烟气脱硫系统的脱汞性能现场实验

分析湿法烟气脱硫系统的脱汞性能,对控制燃煤电厂的汞污染具有重要意义。利用安大略水法和吸附管法分别对某600 MW电厂湿法脱硫系统的进出口的烟气进行了采样,测量了烟气中各形态汞浓度,并分析了该系统对烟气总汞、气态氧化态汞的脱除效果以及对气态单质汞的影响。研究结果表明,安大略水法和吸附管法均能较为准确地测定湿法脱硫系统进出口烟气中的汞含量,测得入口和出口的氧化汞与平均值的相对误差的绝对值分别为3.5%和1.3%;入口和出口的单质汞与平均值相对误差的绝对值分别为16.6%和3.3%。其中吸附管法操作相对简单。通过湿法烟气脱硫系统后,烟气中氧化态汞的浓度可下降87.5%,其中约67.5%的氧化态汞被湿法脱硫系统脱除,约20%的氧化态汞在脱硫浆液的还原作用下被还原为单质汞,导致脱硫系统出口的单质汞浓度高于入口。     

活性炭纤维低温脱除模拟烟气中的VOC

采用H2O2浸渍的修饰方法对ACF进行化学改性,并利用氮吸附等温线和XPS（X-ray photoelectron spectroscopy）的方法对ACF样品进行表征。通过在反应床上开展吸附实验,由此测定改性前后ACF脱除VOC（甲苯作为VOC的代表物）的效果,同时考察氧气、温度、水蒸气等因素对ACF脱除甲苯的影响。研究发现,改性使得ACF样品比表面积和孔容略有降低,但表面含氧官能团含量增加,吸附甲苯的能力也因此增强。当模拟烟气中O2浓度为5%时,ACF脱除VOC效果达到最佳,超过5%之后,氧的促进效果不再明显;温度40℃为最佳吸附温度;当烟气中加入水蒸气时,ACF对VOC的脱除效率降低。     

催化氧化吸收法去除燃煤电厂烟气中Hg~0的研究

针对燃煤电厂汞污染问题,利用现有污染物设备实现汞的同步脱除是具有经济效益、环境效益与工程实用前景的一种方法。在广泛使用的湿法烟气脱硫(WFGD)系统中,研究过渡金属离子(Mn2+、Co2+、Ni 2+、Cu2+)与H2O2构成的类芬顿体系(简称M2+/H2O2体系)对烟气中Hg0的氧化脱除效果,以及不同H2O2浓度、反应温度、初始pH、SO2浓度对M2+/H2O2体系Hg0脱除效果的影响。结果表明,类芬顿试剂能有效促进烟气中Hg0的脱除,脱汞率随着H2O2浓度和过渡金属阳离子浓度增加而提高,且各过渡金属离子的催化氧化作用为Co2+Mn2+Ni 2+Cu2+。初始pH能促进M2+/H2O2体系Hg0的脱除,SO2的存在会起到一定抑制作用,反应温度会影响该系统对Hg0的脱除效果,脱汞最佳反应温度为55℃,符合工程运行条件。可见,采用直接向脱硫浆液中加入添加剂的方法能有效控制燃煤电厂汞污染,且该方法操作简单,具有很好的工业应用前景。     

尿素、丙烯酸改性酚醛泡沫脱除烟气中的SO_2和NO

酚醛泡沫价格低廉制造方便,拥有可灵活控制的孔径及能够嫁接目标官能团的特点,是一种可用于烟气脱硫脱硝的优异新型吸附材料。选用尿素和丙烯酸对酚醛泡沫前驱体进行改性,研究改性后酚醛泡沫的表面结构变化及对脱除SO_2/NO的影响。结果表明,尿素和丙烯酸与树脂发生化学反应,在发泡成型后成功负载C—O、酚羟基、C—N、—NH和—CONH_2等有利于脱除酸性气体的活性基团。同时,改性后酚醛泡沫的比表面积和总孔容增大,孔径主要分布在中孔范围,孔壁上分布数量不等的小孔。这些改性后形成的物理化学结构提高了酚醛泡沫脱除SO_2/NO效率,脱除效果最好的复配改性样品为PF5(140 g苯酚中,加尿素20.0 g、丙烯酸23.0 g),在模拟无水烟气时,其稳态脱SO_2/NO效率分别达61.8%和21.75%。     

锰掺杂SnO2复合材料对烟气零价汞的去除研究

燃煤电厂烟气是中国最重要的人为汞排放源之一,如何控制燃煤烟气汞排放关系着中国履行《关于汞的水俣公约》的成效。通过共沉淀法制备了锡-锰二元金属氧化物(MnO_x-SnO_2)复合材料,对其结构进行了表征,并考察了其对烟气零价汞(Hg~0)的吸附性能。结果表明,在200℃时Hg~0的去除率最高,能达到86.0%;烟气中的O_2能促进Hg~0的去除,而SO_2则抑制Hg~0的去除。MnO_x-SnO_2去除Hg~0的机理是烟气Hg~0首先被吸附在复合材料表面,被MnO_x催化氧化成Hg~(2+),一部分被表面的吸附氧捕捉从而形成HgO,一部分与锡结合形成锡汞齐。     

改性粉煤灰基吸附剂烟气脱汞

改性粉煤灰基吸附剂作为烟气脱汞吸附剂,具有成本低的特点。为进一步研究改性粉煤灰基吸附剂脱汞的工业运行状况,设计了最大烟气流量为2 000 Nm3/h的中试实验。首先通过数值模拟方法研究燃煤烟气过程中吸附剂脱汞性能,分别研究了吸附剂粒径、烟气流量以及吸附剂料层厚度对脱汞效率的影响。研究发现,随着烟气流量的增加脱汞效率降低,烟气流量为2 000 Nm3/h时脱汞效率为74.26%。在中试实验中采用三段式脱汞工艺,脱汞吸附剂为卤素元素浸渍改性的粉煤灰基吸附剂,根据模拟结果设计了吸附剂粒径为25 mm,料层厚度为400 mm的实验参数。实验结果表明,三段式脱汞工艺在烟气流量为2 000 Nm3/h,其脱汞效率为78.8%,其中吸附剂的脱汞效率为68.90%,证明了改性粉煤灰基吸附剂在工业烟气脱汞工艺中具有良好作用。     

聚苯硫醚滤料协同飞灰-CaCO_3配方型吸附剂脱除烟气中Hg~0的实验研究

通过固定床实验系统模拟烟气脱除Hg0的实验,研究了布袋常用的聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)滤料协同飞灰-CaCO3配方型吸附剂对模拟烟气中Hg0的脱除效率,以及不同温度、气体成分对Hg0氧化及吸附的影响,分析了其影响机理。结果表明,在温度为120℃,N2+4%O2的条件下,质量比为3∶1的飞灰-CaCO3配方型吸附剂对Hg0的脱除效率最高,虽低于纯飞灰条件下的28%,但其吸附催化寿命较长;温度越高,Hg0的脱除效率越低,PPS滤料协同飞灰-CaCO3配方型吸附剂对Hg0的吸附主要表现为物理吸附;HCl对脱除Hg0的促进作用较为明显;SO2条件下其附加产物对Hg0的脱除表现出一定的抑制作用;NO对Hg0的脱除具有一定的促进作用,但与HCl相比,其促进效果较弱。     

改性粉煤灰基脱汞吸附剂制备及性能分析

以燃煤电厂粉煤灰为主要原料制备了具有一定强度的脱汞吸附剂,并用卤盐溶液NaCl和NaBr进行改性,获得了具有较高单质汞脱除效率的粉煤灰基吸附剂,并对吸附剂的理化性能进行了分析。结果表明,改性溶液浓度越高,改性时间越长,改性剂越易进入吸附剂内部堵塞孔隙,吸附剂比表面积越小,但改性剂并没有改变吸附剂的物相组成。改性剂会附着在吸附剂孔隙表面,增加微孔数量,并与单质汞反应生成汞的化合物填充于表面微孔中。5%NaCl溶液浸渍改性3 h获得的吸附剂具有最优的汞脱除效果,达到92.6%,吸附寿命为1 430 min,吸附饱和量为930 ng·g~(-1)。     

改性酚醛泡沫脱除SO_2/NO_x影响因素模型

改性酚醛泡沫具有良好的吸附性能,可用于脱除气态污染物,需深入研究其脱除效率与各影响因素间关系。首次引入支持向量机建立改性酚醛泡沫吸附反应床模型,研究在不同温度、气质比、含氧量等影响因素下改性酚醛泡沫脱除二氧化硫、氮氧化物等气态污染物的脱除效果及最优反应条件。烟气模拟脱硫脱硝实验确定RBF-ε-SVM模型为反应器内最优污染物浓度分布预测模型,惩罚系数c=100,gamma因子g=0.1。基于最优模型的各影响因素实验表明:氧气含量在6%时改性酚醛泡沫脱硫脱硝效果最佳;随着质气比的增加脱除效果增强;反应温度在80℃内脱除SO_2和NO的效率随着烟气温度的升高而降低。该模型可用于改性酚醛泡沫吸附反应床的最优工况选择,反应器内浓度分布的在线监控,以及指导反应器的放大、中试。     

负载V2O5-WO3/TiO2掺炭纤维脱除烟气中Hg0

通过固定床实验系统研究烟气脱除零价汞的实验，首先研究了滤袋常用的聚苯硫醚（polyphenylene sulfide，PPS）以及活性炭纤维（activated carbon fiber，ACF）在不同温度、不同气体组分下负载V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，对模拟燃煤烟气中零价汞（Hg⁰）的脱除效果。然后对比研究了活性炭纤维协同滤袋常用纤维负载催化剂后，对模拟燃煤烟气中Hg⁰的脱除性能。结果表明，在汞蒸气入口浓度为50 μg/m³，纯N₂气氛下，当温度为25℃时，两者脱除率均能达到99%，当温度为200℃，负载催化剂的活性炭纤维脱除率在30%左右，PPS纤维仅为10%左右。在200℃情况下，模拟烟气的组分为N₂+O₂时，2种纤维的Hg⁰脱除率提高了10%~20%，当在混合气体中添加0.01‰后，负载催化剂的PPS纤维Hg⁰脱除率能达到80%，活性炭纤维Hg⁰脱除率能达到98%。当温度为200℃，模拟烟气的组分为N₂+O₂+HCl时，不同性能掺炭纤维负载催化剂后Hg⁰脱除率在69%~95%范围之间变化，其中PPS掺炭纤维对Hg⁰脱除效率最高达到95%，因此，负载V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的PPS掺炭纤维能在高温烟气中保持较高的Hg⁰脱除率。     

飞灰-氢氧化钙/聚苯硫醚(PPS)滤料对烟气中单质汞的脱除

在汞固定床实验台上进行了飞灰-氢氧化钙和PPS滤料负载飞灰-氢氧化钙吸附单质汞,以及不同温度、气体成分对滤料负载吸附剂脱除汞影响的实验研究。实验结果表明,质量配比为2∶1的飞灰-Ca(OH)2吸附剂对Hg0的脱除效果最好,最高可达到34.5%左右,比纯飞灰条件下的脱除效率提高了近10%。120℃条件下,PPS滤料负载飞灰-Ca(OH)2吸附剂对汞的脱除率最高达72%,远高于滤纸薄膜上吸附剂的脱除率。随着温度升高,PPS滤料负载吸附剂的脱除效率降低。HCl、SO2和NO对PPS负载吸附剂脱除汞表现出不同程度的促进作用,HCl具有很强的促进作用,少量HCl足以大幅度提高脱除效果,SO2有一定的促进作用,NO的促进效果并不明显。