Ca(OH)2解吸并固定混合吸收液中CO2的实验研究

CO₂化学吸收法分离纯度高,技术成熟,但能耗过高及成本是困扰该技术发展的瓶颈.在常压条件下对利用Ca（OH）₂直接矿物碳酸化固定MDEA/PZ混合吸收富液中CO₂进行了一系列实验研究,考察了吸收液负荷、Ca（OH）₂投加量、pH、温度及搅拌速率等因素对解吸率的影响,并利用动态吸收-解吸循环实验研究了其CO₂吸收性能和循环使用稳定性,最后对碳酸化反应产物进行了XRD、TEM分析.结果表明,在常压条件下,Ca（OH）₂可以通过液相直接矿物碳酸化对CO₂进行直接固定,并实现吸收富液的再生;随着负荷的升高及Ca（OH）₂投加量、pH、搅拌速率的增大,解吸率随之增加;随着溶液温度升高,解吸率下降;经过5次动态吸收-解吸循环实验后CO₂吸收量可以达到并保持在0.57 mol·L^-1,显示出了良好的循环稳定性.     

垃圾焚烧飞灰H3PO4稳定化技术及机理研究

分析了焚烧飞灰的全组分和浸出毒性,表明飞灰中含有多种重金属,其中Pb的浸出浓度为67.03mg/L,超过危险废物鉴别标准.研究了H₃PO₄投加量对飞灰稳定化效果及其环境长期稳定性的影响,结果表明:投加相当于飞灰质量8%～14%的H₃PO₄就能够有效地使焚烧飞灰无害化;8%和12%H₃PO₄稳定化飞灰都具有良好的环境稳定性;过多的H₃PO₄投加量会降低处理后飞灰对酸性环境的缓冲能力.对于12%H₃PO₄稳定化飞灰,XRD检测出Cr₂P₂O₇、ZnP₂、Pb₃P₄O₁₃、Pb₃P₂O₇、NaZnPO₄、NaPbP₃O₉、Ca₂ZnSi₂O₇等少量重金属的结晶相;SEM发现了大量独立存在的飞灰颗粒、直径约0.3～0.5μm的Pb₅(PO₄)₃Cl棒状物;CHBr₃浮选没有得到浓缩的重金属.综合分析得到:H₃PO₄是通过与强碱性飞灰之间的中和反应,激活飞灰中的重金属,改善稳定化进行的环境,并产生稳定化所需的PO₄^3-.被激活的重金属与产生的PO₄^3-在飞灰颗粒表面结合.所产生的重金属磷酸盐与SiO₂、CaCO₃、CaSO₄、KCl和NaCl等飞灰主要构成固溶相,几乎不独立存在.     

垃圾焚烧中吸附剂对Cd、Pb迁移分布的影响

利用管式炉和模拟垃圾,研究了焚烧过程中SiO₂、Al₂O₃、CaO等吸附剂对重金属Cd、Pb迁移分布的影响规律,考察了不同吸附剂添加量、管式炉反应温度和停留时间的影响.结果表明,在各反应温度下,SiO₂、Al₂O₃、CaO均有利于Cd停留在底渣中;对于Pb,SiO₂、Al₂O₃亦使其易于停留在底渣中,而CaO在高温时表现为使Pb更易于向飞灰迁移.上述影响的程度均随着吸附剂添加量的增加而增加.当反应炉温度为850℃时,各吸附剂对于Cd的吸附效果顺序为CaO>Al₂O₃>SiO₂,对Pb的顺序为Al₂O₃>SiO₂>CaO.反应炉温度和停留时间的增加,也都易于使Cd、Pb向飞灰迁移.     

孔石莼和重金属（铜与镉）对海水无机碳体系影响的模拟研究

通过室内实验模拟并应用海洋生态系统动力学模型,研究了孔石莼和重金属(铜与镉)共同作用下,海水二氧化碳体系及海洋碳源汇强度的变化过程.结果表明,二氧化碳体系各组分含量随时间的变化幅度(Δ)和趋势与重金属种类和添加浓度有关.与对照相比,低浓度(0.1μmol·L^-1和1μmol·L^-1)的铜、镉添加组中,DIC、HCO₃^-和pCO₂均随时间的延长呈下降趋势(p=0.01).而当铜、镉浓度大于“转折浓度”后,t=7时DIC、HCO₃^-和p_CO2均要大于初始值,其增幅随着重金属浓度的增加而增大.对于Δ由负值过渡到正值所对应的“转折浓度”,铜添加组要明显低于镉添加组.这与孔石莼对不同种类重金属的耐受程度不同有关.此外,当重金属浓度不同时,箱中的碳源汇格局亦随时间做不同的变化.当重金属浓度较低时,箱内水体表现为CO₂的汇,并且随着时间推移,可能过渡成为大气CO₂的源;高浓度重金属的影响下,箱内水体表现为CO₂的源,且随重金属浓度的增大,其向大气释放CO2的量也增加.     

草粉担载Na2CO3可逆脱硫吸附剂的制备及脱硫活性

通过浸渍方法,制备了5%～90%(质量分数)担载量Na₂CO₃/草粉脱硫剂.实验结果表明,较小的草粉粒度(≤0.28mm)和较低的气体流量(40mL/min)有利于SO₂脱除,但是脱硫温度(70℃～300℃)对脱硫效果影响不大.利用XRD,SEM,ATR-IR等分析手段,研究了草粉改性Na₂CO₃脱硫吸附剂的机理.实验证明:改性Na₂CO₃吸附剂高效脱硫的机理主要在于吸附剂表面结构的无定形态,因而具有比较大的比表面积(12.14m²/g)和孔体积(0.093cm³/g).     

高钙特征焚烧飞灰的加速碳酸化处理及对重金属浸出特性的影响

针对生活垃圾焚烧飞灰的高钙含量特征,在室温下采用CO2对焚烧飞灰在液固比(L∶S)为0.25∶1的条件下进行加速碳酸化处理,考察加速碳酸化处理对焚烧飞灰中重金属(As、Cd、Cu、Zn、Sb、Pb)浸出特性的影响.焚烧飞灰XRD分析表明,加速碳酸化处理后飞灰中的Ca(OH)2和CaClOH衍射峰消失,而CaCO3的衍射峰增多,且强度增加.加速碳酸化处理后飞灰中铅的形态发生了改变,并且能够检测到铜的化合物.TG/DTA分析表明,焚烧飞灰在440℃之前增重达到5.70%,SEM-EDS分析证实了Ca(OH)2(s)+CO2(g)→CaCO3(s)反应的发生.焚烧飞灰加速碳酸化处理后的TCLP浸出实验表明,碳酸化时间在2 h内,重金属的浸出浓度除Cd保持不变外都显著下降;而当碳酸化时间超过50 h后,重金属的浸出浓度除Pb外普遍高于飞灰未经碳酸化处理时的浸出浓度.     

生活垃圾焚烧飞灰差异性特征对脱氯除盐效果影响研究——以重庆和天津飞灰为例

随着生活垃圾焚烧技术的普及,垃圾焚烧飞灰的资源化利用迫在眉睫,然而飞灰中的高浓度氯元素严重阻碍了其资源化进程.水洗技术作为常用的脱氯除盐技术,得到越来越多的应用,但除氯效果受飞灰自身性质特征影响较大.本研究从重庆和天津采集了两种理化性质具有较大差异的垃圾焚烧飞灰,在对其粒径分布、化学组成、矿物组成、pH值和浸出毒性等基本特征进行分析表征的基础上,采用水洗技术和碳酸化水洗技术对两种飞灰进行了脱氯处理.结果表明,重庆飞灰氯元素的赋存形态包括NaCl、KCl等可溶性氯盐,还含有较高浓度的难溶氯盐(如CaClOH、Friedel盐和Ca₆(CO₃)₂(OH)₇Cl),因此,水洗技术难以达到理想的脱氯效果,氯盐去除率最高为88%.在水洗过程中通入CO₂可以显著降低反应体系的pH值,促进难溶盐的转化和溶解,进而提高飞灰氯盐的去除率.重庆飞灰采用加速碳酸化水洗技术,氯盐去除率最高可达94%.天津飞灰中氯元素主要以可溶性氯盐的形式存在,难溶盐占比很少,因此,水洗技术可以达到较高的脱盐率(96%).采用加速碳酸化技术对天津飞灰进行处理,发现氯盐去除率较纯水洗技术反而有所降低,分析其主要原因可能与加速碳酸化过程中碳酸钙等物质的再沉淀对氯盐的裹挟作用有关.由此可知,飞灰自身性特征尤其是氯盐的赋存形态对于脱氯除盐技术的选择有重要影响.因此,实际资源化利用过程中,可根据飞灰性质来决定预处理手段,从而最大化提升效率和节约成本.     

垃圾焚烧飞灰成型及低温烧结稳定化研究

对焚烧飞灰进行水泥固化成型,并对成型体进行烧结研究。通过XRD、SEM等表征方法探索垃圾了焚烧飞灰在高温条件下的反应机理,以及添加助熔剂对烧结的影响。结果表明:添加Na2CO3可促进水泥早期的固化,但对水泥后期的固化不利;在养护时间为2 d时,水泥固化飞灰试块抗压强度达到1.91 MPa,完全满足成型的要求;XRD和SEM分析结果表明:固化体烧结后主要生成钙铝黄长石、硅酸钙等,Na2B4O7·10H2O的助熔效果明显;随着烧结温度的升高,重金属Ni、Cu、Pb和Cd的浸出浓度和浸出率下降,随着助熔剂Na2B4O7·10H2O添加量的增加,重金属Cu和Cd的浸出率增加,Pb的浸出率降低;浸出实验结果表明:重金属Ni、Cu、Pb和Cd的浸出浓度远低于国家标准。     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

透明箱法监测稻田生态系统CO2通量的研究

采用透明箱法对稻田生态系统CO₂通量进行了田间定位观测,并对透明箱内CO₂浓度的变化规律及拟合方法进行了探讨.结果表明,在水稻生长旺盛期的晴天(白天),箱内CO₂浓度随测定时间呈非线性变化,因此用常规的线性拟合法(LR)计算的CO₂净吸收通量明显低于指数一级动力学拟合法(ER).在水稻生长旺盛期的阴天、成熟期以及夜间,箱内CO₂浓度随测定时间表现为线性变化,LR法与ER法的CO₂净吸收通量计算结果无显著差异.在水稻生长期间,基于LR法的稻田生态系统碳累积吸收量结果明显低于ER法,而后者与常用方法(植物净固定碳量减去土壤异氧呼吸排放碳量)的计算结果比较接近.证实了当植被同化速率较强时,采用ER法对透明箱内CO₂浓度随时间的变化进行拟合并计算CO₂净吸收通量较为适宜.同时表明采用透明箱法观测农田生态系统CO₂通量是可行的.     

Influence of SO2 in incineration flue gas on the sequestration of CO2 by municipal solid waste incinerator fly ash

The influence of CO2 content and presence of SO2 on the sequestration of CO2 by municipal solid waste incinerator(MSWI) fly ash was studied by investigating the carbonation reaction of MSWI fly ash with different combinations of simulated flue gas.The reaction between fly ash and 100% CO2 was relatively fast;the uptake of CO2 reached 87g CO2/kg ash,and the sequestered CO2 could be entirely released at high temperatures.When CO2 content was reduced to 12%,the reaction rate decreased;the uptake fell to 41g CO2/kg ash,and 70.7% of the sequestered CO2 could be released.With 12% CO2 in the presence of SO2,the reaction rate significantly decreased;the uptake was just 17g CO2/kg ash,and only 52.9% of the sequestered CO2 could be released.SO2 in the simulated gas restricted the ability of fly ash to sequester CO2 because it blocked the pores of the ash.     

粉煤灰用于碳捕集、利用及封存的研究进展

总结了国内外粉煤灰用于CO₂捕集、利用和封存的不同技术研究进展,同时对今后的研究和机遇进行了展望.粉煤灰自身可通过直接干式、半干式、湿式和间接方法对CO₂进行矿化捕集封存,在CO₂矿化的同时降低粉煤灰自身重金属的浸出,并且矿化后的粉煤灰因有效降低游离CaO和MgO的含量而更适合于制作混凝土添加剂.粉煤灰也可制成活性炭、沸石和多孔二氧化硅等产品,并对CO₂进行物理吸附捕集,制成产品的类型主要取决于粉煤灰自身的成分组成和理化性质.在CO₂利用方面,粉煤灰除了可拓展建材的利用途径外,还可制作CO₂多种化学工艺所需催化剂或催化剂载体,以及制作新型材料拟薄水铝石等.我国“双碳”目标的提出及燃煤电厂粉煤灰自身的理化特性为粉煤灰提供了一条新的综合利用途径.     

CO2 sequestration utilizing basic-oxygen furnace slag: Controlling factors, reaction mechanisms and V–Cr concerns

Basic-oxygen furnace slag(BOF-slag) contains 35%CaO,a potential component for CO_2sequestration.In this study,slag-water-CO_2 reaction experiments were conducted with the longest reaction duration extending to 96 hr under high CO_2 pressures of 100-300 kg/cm2 to optimize BOF-slag carbonation conditions,to address carbonation mechanisms,and to evaluate the extents of V and Cr release from slag carbonation.The slag carbonation degree generally reached the maximum values after 24 hr slag-water-CO_2 reaction and was controlled by slag particle size and reaction temperature.The maximum carbonation degree of 71%was produced from the experiment using fine slag of0.5 mm under 100℃and a CO_2 pressure of 250 kg/cm~2 with a water/slag ratio of 5.Vanadium release from the slag to water was significantly enhanced(generally 2 orders) by slag carbonation.In contrast,slag carbonation did not promote chromium release until the reaction duration exceeded 24 hr.However,the water chromium content was generally at least an order lower than the vanadium concentration,which decreased when the reaction duration exceeded 24 hr.Therefore,long reaction durations of 48-96 hr are proposed to reduce environmental impacts while keeping high carbonation degrees.Mineral textures and water compositions indicated that Mg-wustite,in addition to CaO-containing minerals,can also be carbonated.Consequently,the conventional expression that only considered carbonation of the CaO-containing minerals undervalued the CO_2 sequestration capability of the BOF-slag by~20%.Therefore,the BOF-slag is a better CO_2 storage medium than that previously recognized.     

Two-step accelerated mineral carbonation and decomposition analysis for the reduction of CO2 emission in the eco-industrial parks

Carbon dioxide（CO2） emissions are a leading contributor to the negative effects of global warming. Globally, research has focused on effective means of reducing and mitigating CO2 emissions. In this study, we examined the efficacy of eco-industrial parks（EIPs） and accelerated mineral carbonation techniques in reducing CO2 emissions in South Korea.First, we used Logarithmic Mean Divisia Index（LMDI） analysis to determine the trends in carbon production and mitigation at the existing EIPs. We found that, although CO2 was generated as byproducts and wastes of production at these EIPs, improved energy intensity effects occurred at all EIPs, and we strongly believe that EIPs are a strong alternative to traditional industrial complexes for reducing net carbon emissions. We also examined the optimal conditions for using accelerated mineral carbonation to dispose of hazardous fly ash produced through the incineration of municipal solid wastes at these EIPs. We determined that this technique most efficiently sequestered CO2 when micro-bubbling, low flow rate inlet gas, and ammonia additives were employed.     

水热-碳酸钠法稳定化医疗废物焚烧炉飞灰中重金属的研究

研究了水热-碳酸钠法对医疗废物焚烧炉飞灰中重金属的稳定化效果及稳定化机制.结果表明,在水热条件下,碳酸钠能有效地降低飞灰中重金属的渗滤毒性,并且飞灰经水热处理后产生的废水中重金属的浓度也较低,避免了二次污染.原始飞灰中7种重金属的渗滤毒性为:Cd1.97mg/L,Cr1.56mg/L,Cu2.56mg/L,Mn17.30mg/L,Ni1.65mg/L,Pb1.56mg/L和Zn189.00mg/L,选择最佳工况对飞灰进行水热处理后(碳酸钠/干灰投加量:5/20,反应时间:8h,液固比:10/1),重金属渗滤毒性大为降低,Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb渗滤浓度均小于0.02mg/L,Zn的渗滤浓度为0.05mg/L,符合国家标准GB5085.3-2007,水热反应后废水重金属浓度均低于0.8mg/L.水热反应后飞灰重金属渗滤毒性和反应产生废水中重金属浓度均随着反应时间的延长而降低.反应时间的延长有利于硅铝酸盐的结晶与老化,使重金属在硅铝酸盐晶体中位置发生迁移,形成重金属稳定性很强的结构.重金属稳定化机制主要是由于硅铝酸盐胶体形成,结晶、老化过程中对重金属离子共沉淀与吸附作用.     

磷酸盐、腐殖酸与粉煤灰联合钝化处理模拟铅镉污染土壤

本研究利用过磷酸钙、腐殖酸、粉煤灰及其复配组合钝化处理人工模拟Pb、Cd污染土壤,并采用CaCl_2浸取法、三乙三胺五乙酸(DTPA)浸取法以及BCR形态分级实验评价钝化效果,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜能谱(SEMEDS)分析土壤表面微观形态与结构,进一步探究其钝化机制.结果表明,除了腐殖酸单一处理,其他不同钝化处理均能降低土壤CaCl_2和DTPA提取态Pb、Cd含量,其中先添加过磷酸钙和腐殖酸,然后再添加粉煤灰的联合处理实验组效果最佳.土壤pH值与CaCl_2、DTPA提取态Pb含量存在微弱的正相关关系,与CaCl_2、DTPA提取态Cd含量存在负相关关系,速效磷含量与二者都存在显著的负相关关系,说明速效磷含量是控制土壤Pb、Cd活性的主要因素.施用磷酸盐、腐殖酸和粉煤灰可以促进Pb、Cd由活性较高的弱酸提取态向活性低的残渣态转化,从而有效降低Pb、Cd的迁移能力.XRD和SEM-EDS分析表明,过磷酸钙钝化重金属的机制主要是通过离子交换作用将重金属转化为难溶的Ca-重金属混合磷酸盐,3种钝化剂联合作用机制主要通过溶解/沉淀以及表面吸附作用将重金属转化为稳定的磷酸铅沉淀[Pb_3(PO_4)_2]或者混合重金属矿物[PbFe_3(SO_4)(PO_4)(OH)_6],从而有效钝化重金属.     

城市垃圾焚烧飞灰的硅酸盐水泥稳定化效果研究

采用南方某城市生活垃圾焚烧厂的飞灰进行了硅酸盐水泥稳定化效果及工艺的研究,实验分别就水泥添加量、添加剂的使用、养护时间和浸取剂pH值等因素,考察了飞灰中重金属(Cd,Pb,Cu,Zn)的稳定化效果.结果表明,当硅酸盐水泥/飞灰=10%(质量比)时,采用硅酸盐水泥处理焚烧飞灰的稳定化产物中重金属的浸出浓度都已满足危险废物填埋场入场控制标准;当使用硅酸盐水泥对焚烧飞灰进行稳定化处理时,1d后其水化反应基本完成,此后稳定化处理后焚烧飞灰的重金属浸出毒性趋于稳定;pH相关性实验表明,当使用浸取剂的pH值在3～11的范围变化时,处理后的焚烧飞灰其浸出液的pH基本稳定在7左右,证明该法产生的稳定化产物对环境pH值有很好的适应性.