H2O2改性活性焦去除燃煤烟气中Hg0的实验研究

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燃煤过程中除了向大气环境中排放SO2、NOx以及飞灰等多种污染物外,还会释放出一定量的重金属汞。排放到环境中的汞具有挥发性、持久性及生物富集性,对人类健康和生态环境产生了巨大的影响。而且汞是除温室气体之外的唯一一种能够造成全球性影响的化学物质,所以汞污染受到全球范围的普遍关注。而燃煤排放的汞是大气汞的主要来源,因此开发具有发展前景的燃煤汞污染控制技术是控制我国环境汞污染的重中之重。国内至今尚未实现专门用于烟气脱汞设备的工程应用,利用燃煤电厂现有烟气净化装置进行汞的协同脱除是最为简单和经济的汞控制技术。目前,活性焦干法烟气脱硫技术已经相当成熟,联合脱硫脱硝技术也实现了工业应用,而利用活性焦进行联合脱硫脱硝脱汞鲜有报道。因此,开发出脱汞性能优异的活性焦吸附剂,实现燃煤烟气多污染物的协同处理,对燃煤汞排放控制具有重要的理论、经济和现实意义。本文介绍了汞的理化性质、存在形态、来源及其危害和排放标准;论述了国内外燃煤汞污染控制的研究概况;介绍了活性焦的性质及其在燃煤烟气净化中的应用;论述了活性焦脱硫脱硝脱汞和再生的基本原理、工艺流程及其发展概况。本文采用实验和理论研究相结合的方法,以H2O2为氧化剂对活性焦吸附剂进行表面氧化改性处理,研究氧化改性后活性焦对模拟烟气中汞的脱除性能。实验部分首先制备了氧化改性活性焦吸附剂,通过正交实验研究吸附剂的最佳改性参数,并研究了反应温度和各烟气组分对吸附剂脱汞性能的影响;对反应前后的吸附剂分别进行BET、XPS、FT-IR以及Beohm滴定等理化特征分析,研究汞在气固两相的传质规律及其在吸附剂表面的物理化学行为,阐明吸附剂的脱汞机理。实验结果表明:H2O2氧化改性显著提高了活性焦的脱汞性能,且最佳氧化改性活性焦为AC-10%O-1-3h,其在最佳反应温度(140℃)的条件下脱汞效率高达90%以上;模拟烟气中O2、NO和S02的存在对Hg0吸附均具有一定的促进作用,而且脱除性能随着这些烟气组分浓度的增大而提高;当O2与NO和S02中的一者或两者同时存在时,汞的脱除效率进一步提高,说明O2与NO和S02之间存在协同脱汞作用;烟气中NH3和H2O的存在,使Hg0的脱除性能受到抑制,而O2的存在对NH3抑制具有一定程度的缓解作用。Beohm滴定、FT-IR和XPS表征结果表明:H2O2氧化改性后的活性焦表面上的酸性含氧官能团含量增加,通过分析,这些酸性含氧官能团对Hg0的氧化具有明显的促进作用。此外,通过Hg4fXPS分析可知,汞在活性焦上主要以HgO和少量HgCl2的形式存在。机理分析表明:单质汞首先被吸附到活性焦表面,接着在表面酸性含氧官能团的作用下生成HgO,酸性含氧官能团的O可以通过模拟烟气中的O2得到补偿。研究结果表明:在活性焦脱硫脱硝温度范围内,模拟烟气中单质汞能被高效脱除,这一结果预示着H2O2氧化改性活性焦具有良好的烟气脱硫脱硝脱汞一体化的工业应用价值。
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