论文部分内容阅读
燃煤烟气中二氧化硫和氮氧化物的巨量排放是造成酸雨、光化学烟雾和二次颗粒物等大气污染问题的主要诱因,对人类健康和社会发展造成了严重危害,控制污染物排放已经刻不容缓。活性焦（炭）吸附法具有脱除效率高、投资小、无二次污染等优点,而且可以实现多种污染物一体化脱除,受到广泛的关注。生物质是一种清洁可再生的资源,具有来源广泛、价格低廉、CO2近零排放等优点。以生物质为原料进行吸附剂的制备并将其应用于烟气净化技术的研究,不仅可以实现生物质资源的高值化利用,还能降低吸附剂的生产成本,应用前景十分广阔。本文以花生壳、玉米秆和玉米芯三种典型农业废弃生物质为原料,在固定床热解活化装置上进行了碳基吸附剂的制备试验,对所得吸附剂进行了比表面积和孔隙结构分析、元素分析和傅立叶红外光谱等测试,结合产率、孔隙结构分布以及表面化学特性等因素对生物质活性焦进行了表征优选。结果表明,不同种类生物质活性焦的综合产率受活化温度影响的变化趋势不同,三种生物质活性焦综合产率均高于19%;比表面积和孔隙结构受活化温度影响显著,在实验研究温度范围（650850℃）内,三种生物质活性焦均在850℃时取得最佳的孔隙结构参数,此时的孔隙结构参数大小排序为玉米芯>玉米秆>花生壳;CO2活化处理有效地提高了生物质焦的孔隙结构参数,但同样影响了其表面化学结构,表面官能团的种类和数量随活化温度的升高而减少,所有活性焦的含氮量均在1%左右。在生物质焦的富氮化研究中,以不同生物质活性焦作为载体,利用乙醇胺作为浸渍剂,进行了有机胺浸渍试验的探索,考察了溶剂类型和前驱体类型等因素的影响,确定了比较合理的浸渍方法和最佳的浸渍前驱体。试验结果表明,相同试验条件下,甲醇溶剂浸渍产物具有更高的浸渍产率、含氮量和更丰富的表面官能团,可以获得更好的富氮效果;三种生物质富氮焦的浸渍产率和含氮量大小排序均为玉米芯>玉米秆>花生壳,850℃玉米芯活性焦的富氮效果最佳,可以确定为最优的浸渍前驱体。以乙醇胺（MEA）、N甲基二乙醇胺（MDEA）及二乙醇胺（DEA）三种有机胺为浸渍剂进行了富氮吸附剂的制备,并在自主设计的固定床吸附台架上进行了SO2吸附性能测试。在实验研究的浓度范围（1wt.%10wt.%）内,不同有机胺浸渍处理对吸附剂的吸附特性影响各异,整体吸附性能强弱排序为MDEA>DEA>MEA,MDEA浸渍在较高浓度（610wt.%）时可以显著提升吸附性能,“10%-MDEA”的吸附量最高,可达153.22mg/g,相较于前驱体CC850的57.78mg/g,吸附性能提升了170%。经MDEA浸渍处理后,外源N被有效引入形成大量表面含氮官能团,富氮焦表面变得粗糙。利用X射线光电子能谱仪对生物质焦富氮及脱硫前后的产物进行了分析,再结合吸附特性对富氮焦脱硫脱氮机理进行了研究,富氮焦脱硫机理类似于固体胺对CO2的吸附。在富氮焦一体化脱硫脱氮的实验研究中,各因素对吸附性能的影响表现为:O2浓度增加对NO吸附具有促进作用,而SO2吸附量表现为波动下降,10%的含氧量比较适宜同时吸附;NO入口浓度对SO2脱除的影响表现为先促进后抑制,500ppm时的脱硫效果最佳;在模拟电厂实际尾气排放温度（120240℃）时,吸附温度增加对SO2和NO的脱除均表现出负面作用,120℃是最适宜的吸附温度;水蒸气的存在对SO2的脱除整体上呈促进作用,NO的吸附量仅在相对湿度（RH）为15%时得到提升,此时脱硫脱氮效果均有所提升。