MoO3-CeO2改性活性焦去除含硫模拟烟气中的单质汞的实验研究

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煤炭燃烧是我国的主要能量来源,且在短期内难以改变。但燃煤烟气释放的NOX、SO2和Hg0等污染物是造成大气污染的主要原因之一,其中汞因其极强的毒性和生物累积性备受关注,同时Hg0的易挥发性、低溶解性、高迁移性和持久性,使其难以通过现有的烟气污染防治装置去除。因此,探寻高效去除燃煤烟气中Hg0的方法显得尤为重要。本研究采用浸渍法对圆柱状商业活性焦颗粒进行改性,得到一系列负载MoO3和CeO2的改性活性焦(MoCe/AC)吸附-催化剂,利用ICP-AES、SEM、EDX、BET、XRD和H2-TPR表征分析了样品的物理化学特性,并讨论了Mo/Ce摩尔比和反应温度对脱汞效率的影响。在最佳反应温度和最佳样条件下,考察了不同烟气组分(O2、NO、SO2、H2O)对Hg0去除效率的影响,还考察了样品的最佳样的稳定性能、吸附性能和再生性能。结合实验结果与XPS等表征分析,初步推断了最佳样的脱汞机理。另外,考虑到我国燃煤烟气具有低HCl、高SO2的特征,本研究在无HCl条件下,对最佳样的抗硫性能和抗硫机理做了详细研究。实验结果表明,最佳样MoCe0.5/AC在120°C下可获得最高脱汞效率94.74%,且具有较高的稳定性能、抗硫抗水性能和再生性能。O2和NO能促进Hg0的去除;H2O则会与Hg0竞争吸附活性位;SO2在纯氮气条件下抑制脱汞,但在与O2共存时起促进作用。表征结果显示,MoCe0.5/AC具有特殊的表面形貌、较大的BET比表面积、分散度好的金属氧化物和较高的氧化还原能力,此外Mo6+与Ce3+之间还存在协同作用。Hg-TPD实验结果表明,汞的化学吸附是MoCe0.5/AC去除烟气中Hg0的主要途径,并且化学吸附汞可区分为weakly-HgO、strongly-HgO、Oα-HgO和HgSO4(当SO2存在时)四种形式。MoCe0.5/AC比原焦AC获得更高的脱汞效率主要得益于金属氧化物的负载使其在脱汞过程中,Hg0氧化效率的提升和与晶格氧结合的Oα-HgO的生成。MoCe0.5/AC的抗硫性主要体现在以下两方面:一是MoO3与SO2的优先结合,保护CeO2维持高价用于脱汞;二是SO2的存在可以增加样品表面化学吸附氧,并生成硫酸盐,能促进weakly-HgO和HgSO4的生成,从而提高脱汞效率。
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