FeCl3改性MOFs在低温下对Hg0的吸附性能

为提高吸附剂对Hg0（零价汞）的吸附效率,利用MOFs（金属有机框架）材料发达的孔隙结构和高比表面积（1 997.010 0 m2/g）,采用FeCl₃溶液浸渍改性,制备了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）用于脱除Hg0.在小型固定床反应器上考察了浸渍浓度、反应温度、氧含量等对Hg0去除的影响.结果表明:FeCl₃@MIL-101（Cr）在进口ρ（Hg0）为2×10-3 mg/L,c（FeCl₃）为0.2 mol/L,反应温度60℃,气体流速400 mL/min,φ（O₂）为1%的条件下,吸附穿透时间长达62 h,相应的吸附容量为14.27 mg/g.在此基础上,进一步利用BET（比表面积测试）、SEM（扫描电镜）-EDX（能量色散X射线光谱）、XRD（X射线衍射）、XPS（X射线光电子能谱）等常用表征手段研究了改性前后吸附剂的物理化学特性,证明了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）吸附零价汞是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,含氯官能团在吸附Hg0过程中也发挥了相当大的作用,并且氧气可促进其吸附效果.最后,分析了其吸附机理.研究显示,该种吸附剂在低温条件下具有较为优良的脱汞性能,应用前景良好.      

利用改性钒钛钢渣和飞灰吸附模拟烟气中的Hg0

固体废弃物钒钛钢渣(VTS)、飞灰(FA)含有Fe、V、Ti等可促进Hg0氧化吸附的过渡金属氧化物,为提高VTS吸附Hg0性能、改性FA的抗硫特性,利用蒸汽活化、浸渍FeCl₃方法改性FA/VTS、FA/CaO,在固定吸附床上研究了不同改性方法、反应温度(T)、烟气ρ(SO₂)和ρ(HCl)对η(吸Hg0效率)的影响. 结果表明:蒸汽活化对提高η的作用有限. 经浸渍FeCl₃方法改性的FA/VTS,其η显著提高,在200 ℃下,吸附20 min时可达93%,吸附10 h后的Q(吸附容量)为0.42 mg/g;而浸渍FeCl₃方法改性的FA/CaO,其η随温度呈先升后降趋势,在120 ℃、吸附20 min时达到最高(74%). SO₂抑制Hg0的吸附,但FA/VTS的抗硫性能较FA/CaO有显著提高,具有低温抗硫吸附Hg0的潜势,可能与VTS中Ti的质量分数高有关. HCl可促进Hg0的吸附,在ρ(HCl)为30 mg/m3条件下,浸渍FeCl₃方法改性的FA/VTS吸附2 h的η在90%以上. 研究表明,经FeCl₃浸渍改性的FA/VTS是较好的Hg0吸附剂,具有实际应用的潜势.      

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.     

水泥熟料对模拟烟气中SO2和HCl的脱除特性

干法水泥窑协同处置城市生活垃圾,因其具有反应温度高、改造成本低、综合处理效果好、无二次污染等优势,得到世界各国普遍重视。利用固定床吸附实验装置,在700~1000℃温度下研究了水泥熟料对模拟烟气SO₂和HCl脱除特性影响,结合吸附剂及其吸附产物的理化特性初步分析了SO₂和HCl脱除机制。结果表明:1)在700~1000℃下,SO₂和HCl单独存在时,水泥熟料对SO₂脱除效率随着温度升高迅速提高,其最大SO₂单位吸附量可达到4.9 mg/g,与此相反,水泥熟料对HCl脱除效率则随着温度的升高而不断降低,当温度由700℃升高到1000℃时,HCl单位吸附量由8.40 mg/g降低至4.8 mg/g; SO₂或HCl的初始吸附速率由其组分浓度决定,熟料对HCl的吸附速率显著高于其对SO₂吸附速率。2)SO₂和HCl同时存在时,在相同吸附温度下,水泥熟料脱除HCl性能稍有降低,但总体影响不大;与此同时,HCl能够显著增强水泥熟料对SO₂的脱除能力和吸附反应速率,700,1000℃下,SO₂单位吸附量由1.8,4.9 mg/g分别提高到4.5,7.8 mg/g。水泥熟料及反应产物中Cl-迁移性是造成上述结果的主要原因。该研究结果为利用干法水泥熟料吸附城市生活垃圾焚烧烟气新协同处置工艺的工业应用提供了参考。     

低温等离子强化复合钙基吸附剂脱汞实验研究

在固定床吸附实验台上对低温等离子改性前后的复合钙基吸附剂进行脱汞实验,深入探究SO₂和O₂对具有较高孔隙率和比表面积的复合钙基吸附剂脱汞性能的影响.并通过多种表征手段和方法分析复合钙基吸附剂对Hg⁰的吸附机理.实验结果表明,由于等离子改性提高了吸附剂表面的含氧官能团的相对含量,经等离子改性的复合钙基吸附剂的脱汞效率有明显提高.在N₂+0.07% SO₂+6% O₂气氛下,吸附剂脱汞效率相比于无氧气氛由23.7%增至91.2%,吸附剂脱汞效率明显提高.此时吸附剂表面的羟基、酯基官能团作为主要反应活性位点,而羰基官能团的作用不明显.O₂的存在促使活性炭表面由碳原子不饱和键形成的活性位增加,促进了Hg⁰的吸附,同时生成多种汞化合物.随着SO₂浓度升至0.15%,改性复合钙基吸附剂表面活性位再次出现不足,此时SO₂抢夺Hg⁰的吸附位点,脱汞效率降至23.3%.     

SCR气氛下Ce-W/TiO2催化剂的脱硝协同脱汞特性

在固定床反应器上研究了反应温度和烟气组分对Ce-W/TiO₂（物质的量比Ce：W=2：1）催化剂脱硝协同脱汞活性的影响.结果表明：反应温度对该催化剂的脱硝脱汞效率影响显著,在280~400℃温度区间,脱硝效率随温度升高而升高,而脱汞效率在温度为280℃与360℃的条件下较高,360℃时兼具最好的脱硝与脱汞效率.在SCR气氛中,HCl对Hg⁰的氧化脱除有极大的促进作用,低浓度的HCl也有利于脱硝效率的提高,但HCl浓度过高对NO的脱除有抑制作用;SO₂的存在对脱硝过程可起到促进作用,对Hg⁰的氧化有抑制作用.利用BET,XRD,SEM,TPD,XRF,NH3-TPD等分析手段对反应前后催化剂进行表征,结果表明：Ce-W/TiO₂无微孔结构,活性组分CeO₂和WO₃以高度分散的形式分布于载体表面.280℃条件下部分Hg以HgCl₂的形式吸附于反应后催化剂表面,随着反应温度的升高催化剂表面吸附态的汞急剧降低.SCR气氛中的HCl与SO₂会影响催化剂表面酸性,同时增加Cl和S元素含量,进而影响该催化剂的脱硝与脱汞效率.     

Mo-Mn/TiO2催化剂的协同脱硝脱汞特性

采用浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂催化剂,研究了反应温度、HCl和SO₂对其模拟烟气协同脱硝脱汞活性的影响.研究表明,过高的反应温度不利于汞的脱除过程,过低的温度则抑制脱硝反应的顺利进行,但在200℃时可兼具最优的脱硝和脱汞效率;HCl的加入促进汞的高效氧化,却明显降低催化剂对NO的转化;而烟气中SO₂的存在对催化剂的脱硝和脱汞过程均起到抑制作用.利用XRD、H₂-TPR和XPS等表征手段对硫中毒反应前后的催化剂进行了研究.结果表明,硫酸盐在催化剂表面的不断沉积和活性组分Mn⁴⁺及化学吸附氧O_α的消耗乃是致使催化剂失活的主要原因;另外,SO₂与NH₃和Hg⁰对催化剂表面活性位点的竞争吸附,也严重抑制催化剂的脱硝和脱汞反应.Mo-Mn/TiO₂的脱硝过程是通过Mn价态之间的相互转化来完成的,其中元素Mo和O₂是其转化得以实现的助剂;Mo-Mn/TiO₂对汞的脱除以催化氧化为主,金属氧化物中的晶格氧将Hg⁰转化为HgO而被脱除.     

K2CO3改性类水滑石衍生复合金属氧化物吸附剂脱除HCl(g)性能

采用浸渍法对钙镁铝类水滑石进行K₂CO₃改性,并进一步焙烧获得复合金属氧化物吸附剂。在固定床实验系统上对K₂CO₃改性类水滑石吸附剂的高温脱除HCl（g）性能进行了研究,探究了K₂CO₃负载量、反应温度和初始HCl（g）浓度对其高温脱除HCl（g）性能的影响,通过X射线衍射（XRD）、比表面积及孔隙分析（BET）、扫描电镜（SEM）及热重分析（TG）对改性前后的类水滑石吸附剂进行了表征。结果表明:1）K₂CO₃改性后类水滑石吸附剂的脱除HCl（g）性能显著提高,K₂CO₃的最佳负载量为30%,过高的负载量会导致吸附剂的孔隙堵塞,吸附能力下降;2）在400~800℃的反应温度范围内,吸附剂的HCl（g）吸附容量在600℃时达到最高,为0.289 g/g;3）在不同HCl（g）浓度下吸附剂的脱除HCl（g）性能保持稳定;4）经500℃煅烧后吸附剂的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小,吸附能力增强;负载K₂CO₃后类水滑石吸附剂的热稳定性有所增强。K₂CO₃改性后的类水滑石衍生吸附剂具有优良的高温脱除HCl（g）性能,为选择高效实用的高温HCl（g）吸附剂提供了参考。     

Ce-Mn/TiO2吸附剂的脱汞性能及抗SO2特性

采用浸渍法制备Mn/TiO₂（MT）、Ce/TiO₂（CT）和Ce-Mn/TiO₂（CMT）脱汞吸附剂,在固定床脱汞实验台上研究吸附剂的脱汞性能.结果表明,吸附温度为100~200℃时,3种吸附剂的脱汞性能均随温度的升高而增强;而在200~300℃范围内,脱汞效率均出现不同程度的降低.MT、CT及CMT吸附剂的脱汞效率在200℃时达到最高,分别为91%、58%和95%.MT和CT吸附剂的抗SO₂性能较弱,在N₂+6% O₂+1000×10^-6SO₂烟气条件下,30min内脱汞效率均下降到50%,而CMT吸附剂在2h内仍能保持80%以上的脱汞效率,表明在MT中掺杂Ce不仅可以提高吸附剂的脱汞性能,还可以增强抗SO₂性能.利用N₂吸附/脱附、X射线衍射（XRD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）和X射线光电子能谱（XPS）等方法对吸附剂的物理化学性质进行表征,并对吸附产物进行热重分析（TG）和程序升温脱附实验（TPD）,阐明了CMT脱汞吸附剂的抗SO₂特性机理.Ce的掺杂,提高了活性组分在吸附剂表面的分散度及Mn⁴⁺的比例;相比于MnO₂,CeO₂可优先与SO₂反应,抑制了SO₂对Mn⁴⁺的毒害作用,从而提高了抗硫性能.     

酸改性对褐煤半焦脱除烟气中元素态汞性能的影响

为减少燃煤烟气中零价汞的排放,利用HCl和HNO3溶液对褐煤半焦改性研制了一种高效、低成本的吸附剂.运用酸碱滴定、Boehm滴定、BET、SEM和FTIR等技术对半焦吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附实验装置及烟气测汞仪在线考察了半焦吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明,酸改性使半焦灰分含量降低,增加了半焦比表面积和羧基、酚羟基等官能团含量.酸改性处理可提高半焦对元素态单质汞的脱除效率,特别是盐酸溶液改性褐煤半焦可使吸附温度为140℃时的脱汞效率显著提高,这与改性半焦表面羧基、酚羟基和C-Cl官能团的含量及性质有关,半焦表面这些官能团能为Hg0的化学吸附提供活性位.     

硅基多孔材料的表征及其对SO2的吸附性能

为增强火山灰反应的强度,提高对SO₂的脱除性能,以粉煤灰为原料采用两步水热合成法制备硅基多孔材料,并对制备的材料进行表征.结果表明:硅基多孔材料整体呈无序形态,主要成分为水化硅酸钙和CaCO₃,属于无定型的非晶相物质;由C、O、Si、Na、Ca等元素构成,主要以SiO₃2-、CO₃2-的形式存在;呈蜂窝和玻璃纤维的网状结构,内部空隙发达,比表面积较大,且存在有大量的吸附水和结合水.利用固定床反应器测定了硅基多孔材料对SO₂的吸附性能,在入口ρ（SO₂）为1 200 mg/m3、吸附温度为50℃、SO₂含氧量为9%、粒度为200目（0.075 mm）的条件下,SO₂的吸附量可达24.87 mg/g,脱硫率可达100%,与钙基吸附剂相比吸附量提高了74%;将吸附SO₂后的硅基多孔材料在700℃下焙烧3 h,可以继续吸附SO₂,重复使用率可达72.24%.由于SO₂在脱除过程中存在一定的化学反应,含氧量的增加能够提高其对SO₂的吸附量.研究显示,硅基多孔材料脱除SO₂的过程是由物理吸附和化学反应相结合的结果,其中由于制备的硅基多孔材料具有较大的比表面积和较为丰富的孔结构,有利于物理吸附;同时,在两步法制备硅基多孔材料的过程中使火山灰反应得到增强也同样提高了SO₂与硅基多孔材料的化学反应,进而增强了化学吸附的效果.      

Mn活化铁盐絮凝污泥制备磁性吸附剂脱除烟气中Hg0

采用Mn(NO₃)₂活化铁盐絮凝污泥制备磁性吸附剂用于烟气中Hg⁰的脱除。结果表明：1)Mn(NO₃)₂热分解产生的O₂促进了污泥一次热解过程中产生的FeC_x分解,并有利于Mn⁴⁺与Fe³⁺等高价态金属氧化物的生成;Mn(NO₃)₂分解产生的气体有扩孔作用,在其掺杂量为10%时,吸附剂比表面积达到最大(88.5 m²/g),但Mn(NO₃)₂的掺杂量过高时会产生较多的晶相物质,并导致吸附剂的比表面积降低。2)当Mn掺杂量为10%(记为Mn₁₀-SFS),反应温度为150℃时,吸附剂脱汞效率最高(92.7%)。3)烟气中的O₂可对吸附剂中的活性氧进行有效补充,促进Hg⁰的脱除;NO以及低浓度的SO₂...