负载型钾基吸附剂的CO2吸附机理及失效特性

为获得不同载体钾基吸附剂对CO_2的吸附机理,对3种载体(循环流化床锅炉飞灰、活性炭和氧化铝)和3种K_2CO_3理论负载量(10%、30%和50%)改性条件下的吸附剂进行了研究,获得了反应温度(50、60、70、80和90℃)及CO_2浓度(5%、7.5%、10%、12.5%和15%)对吸附剂CO_2吸附性能的影响,同时利用比表面积及孔隙度分析仪和X射线衍射仪研究了负载和反应前后吸附剂的微观特性,结合其反应动力学过程,探明其影响机理。结果表明:3种吸附剂的最佳理论负载量为30%,且70℃的反应温度和12.5%的CO_2浓度为最佳反应工况;K_2CO_3/AC吸附剂的实际负载量和CO_2吸附性能最优,而K_2CO_3/Al_2O_3吸附剂则最差;吸附剂的碳酸化反应过程中,相比比孔容积,比表面积发挥更重要的作用;随着反应温度的升高,内扩散阻力显著增强;SO_2和HCl会与K_2CO_3反应生成新的物质导致吸附剂逐渐失效,3种吸附剂中K_2CO_3/AC的循环失效性能最好。     

城市污泥焦膨胀特性对可吸入颗粒物排放的影响机理研究

通过利用自行搭建的流化床实验系统,建立了燃烧条件与城市污泥膨胀特性之间的构效关系,影响因素主要包括燃烧温度、升温速率与样品粒径.在利用差示扫描量热法(DSC)获得污泥燃烧演变机理的基础上,研究了亚微米颗粒物(PM₁)与超微米颗粒物(PM_1～10)的排放特性,并结合所形成颗粒物的微观特性,揭示了城市污泥焦膨胀特性对颗粒物排放规律的深层次影响机理,以及颗粒物形成的关键作用机制,研究发现:污泥在不同升温条件下的燃烧过程随温度的变化规律相似,均由两个显著的放热峰与两个平缓的吸热峰组成;随着升温速率的提高,燃烧所形成污泥焦的膨胀率均呈现先增大后减小的趋势,主要受到挥发分析出过程的影响;样品粒径与膨胀率之间呈反比例关系,且燃烧温度主要通过影响颗粒物内部结构的催化演变过程,对污泥焦的膨胀特性产生影响;随着燃烧温度的升高,颗粒物的整体排放量呈现逐渐增长的趋势.     

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.     

多元金属定向修饰的改性生物焦微观特性及单质汞脱除性能研究

针对通过热解直接获得的生物焦汞吸附效率较低的问题,将常规化学沉淀法、溶胶凝胶法、多元金属多层负载与生物质热解制焦过程进行整合,在选择特定组分进行结构设计的基础上,获得了经济高效的掺杂多元金属铁基改性生物焦烟气脱汞剂,为最终实现"以废脱毒"提供关键参数与理论依据.在获得改性生物焦Hg⁰脱除特性的基础上,针对生物质基础特性,利用多种表征分析手段研究改性样品的微观特性,建立了改性生物焦理化性质与脱汞性能之间的构效关系.研究发现：相比未改性生物焦,以生物焦为载体的铁基复合吸附剂的脱汞性能显著提升,其中掺杂双金属改性样品汞脱除性能的提升程度整体优于掺杂单金属的改性样品;改性生物质的热解过程变得更加剧烈和充分;改性导致生物焦的晶体结构向无序方向演变,所对应的芳香结构单元排列有序度和石墨化程度减弱;所负载或掺杂的多元金属对生物焦物理吸附性能的提升主要体现在对孔隙结构参数的改善方面,同时多元金属的掺杂还可以增强─COOH和C＝O官能团对电子的迁移作用,进而提升生物焦对有机汞Hg-OM的结合能力;不同负载金属自身之间在汞脱除过程中可以起到协同促进的作用,进而大幅提高改性生物焦的脱汞性能.     

不同制备条件对生物焦汞吸附特性及吸附动力学的影响

为获得生物焦对汞的吸附特性,对不同制备条件下的生物焦进行研究。通过分析生物质种类、制备粒径、制备温度以及制备氧浓度对生物焦吸附汞的影响,并结合其吸附动力学过程,进一步探究吸附机理。结果表明:不同制备条件下生物焦汞吸附特性存在差异;生物焦对汞的物理吸附中,孔隙结构对其具有影响,累积孔体积越大,单位汞吸附量越高,利于生物焦对汞的吸附;与比表面积相比,比孔容积在汞吸附过程中发挥更为重要的作用;化学吸附与物理吸附均在生物焦汞吸附过程中起到重要影响,且化学吸附是其主要的控速步骤。     

电厂煤粉锅炉汞排放特性研究

通过分析某电厂煤粉炉燃烧后固体、液体和气体中含汞量,获得了300、600MW煤粉锅炉的汞排放特性。结果表明,进入300、600MW煤粉锅炉的汞最后主要富集在飞灰中而被除尘器捕集,分别占总汞质量的85.10%、69.17%;湿法脱硫系统能脱除一部分烟气汞,脱硫石膏、废水中的汞分别占3.56%、11.66%;底渣中的汞均占了不到1%;最后排入大气的烟气中汞分别为3.23、3.51μg/m3,分别占10.93%、19.15%。     

生物焦对燃煤发电机组废水中汞的吸附特性及机理研究

以某1 000 t/h循环流化床锅炉机组作为研究对象,通过现场采样获得了锅炉定期排污水、反渗透浓水、超滤出口水、酸碱中和水、循环冷却水等6种典型电厂生产废水,并测定了废水的pH、汞含量、离子成分和化学需氧量。通过利用以核桃壳为原料制备的生物焦对锅炉废水进行汞吸附研究,并采用动力学模型、Langmuir和Freundlich吸附等温线模型研究其吸附反应机理。结果表明:生物焦对锅炉机组废水中汞的吸附量随吸附时间的增加而增大,且在15 h内,生物焦对废水中汞的吸附率达90%以上;生物焦对汞的吸附过程受到物理和化学吸附的双重影响,且吸附驱动力主要来自于化学反应;Freundlich等温线模型可以较好地拟合生物焦对汞的吸附,且最大吸附容量为7 463.5μg/g,从而验证了所制备的生物焦可作为一种有效锅炉废水汞吸附剂的可行性。     

As2O3与Cu-ZSM-5催化剂的相互作用机理

基于密度泛函理论计算了NO和As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的吸附性能.通过确立As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的最佳吸附位点,对As³⁺在其活性位点吸附的反应路径进行研究,计算As在催化剂上的吸附反应活化能垒和决速步骤,揭示As₂O₃与活性位点Cu-O-Cu的成键机制和相互作用机理.结果表明,NO和As₂O₃都以非氧端吸附在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧位,吸附能分别为-218.515kJ/mol和-206.422kJ/mol,吸附过程中有电荷转移且发生了强烈的相互作用.As₂O₃在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧上的氧化过程分两步进行,As³⁺作为Lewis碱与Lewis酸中心的Cu-O-Cu发生非均相氧化反应,第一阶段的氧化产物As₂O₄在相邻的活...     

不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性研究

为了获得汞初始浓度、吸附温度以及气氛(O_2、CO_2、SO_2浓度)等不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性,对等温和非等温条件下制备的核桃壳生物炭(分别记为WS_(iso)和WS_(var))进行了研究,并利用比表面积和孔隙度分析仪、傅立叶变换红外光谱仪表征生物炭的孔隙结构和表面官能团等微观特性,探究其影响机理。结果表明:WS_(iso)和WS_(var)孔隙结构及表面化学性质不同,其中WS_(iso)的累积孔体积较大,为0.130 8cm~3/g,WS_(var)的含氧表面官能团数量和种类较多;在相同吸附条件下,WS_(iso)的汞吸附效果整体上优于WS_(var);汞初始浓度、CO_2和O_2浓度的升高会对生物炭汞吸附性能起到促进作用;随着吸附温度和SO_2浓度的升高,生物炭的吸附性能有所下降。     

生物焦微观特性及分子结构研究

本文利用多种表征手段,研究了汞吸附剂核桃壳生物焦的热解特性、孔隙结构与官能团等微观特性,并基于所获得的化学结构利用ChemBioOffice构建了生物焦的分子结构单体模型.结果表明,生物质的热解过程分为三个阶段,所形成的生物焦孔隙发达,并含有丰富的表面官能团.生物焦的大分子结构中芳香碳是主要组成部分,而脂肪碳则起到联结芳香结构单元的作用.而且生物焦是一种短程有序的非晶态物质,结构中存在一定数量的石墨微晶结构.基于表征结果,所构建的分子模型以芳香结构为主,并含有1个甲基、4个羟基以及8个羰基,分子式为C_(55)H_(37)NO_(14),M_r=935.同时对模型进行了验证.另外,基于分子力学,在UFF、Dreiding和MM2,3种力场下对三维模型进行了结构优化,其中UFF力场优化后的三维结构的总势能最大,而MM2力场势能最小.利用量子化学半经验PM6方法对3种优化后构象的生成热进行了研究,其中Dreiding力场下优化的结构更稳定.