含不同添加金属的类水滑石吸附剂制备与脱氯性能研究

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垃圾焚烧烟气中的HC1气体不仅造成尾部烟道的低温腐蚀、排入大气中引起二次污染,其在中高温条件下的存在还会影响飞灰中的重金属迁移和二噁英的生成,其在中高温条件下的脱除近年来备受关注。为实现在中高温条件下对垃圾焚烧烟气中HCl气体的脱除,本文采用共沉淀法制备了三元类水滑石吸附剂Ca-HTLs、Zn-HTLs、Fe-HTLs,结合XRD表征、SEM电镜扫描、BET表征等对制备得到的类水滑石样品的晶形结构、表面形貌特征、比表面积、孔容、孔径等参数作了详细的分析表征。结果表明:实验室制备得到的类水滑石样品具有水滑石类产品的典型特征衍射峰,且结晶良好、晶相单一;类水滑石样品为由大量片状六面体晶粒组合成的具有典型层状结构的狭长型孔道结构的中孔介质材料。BET分析的结果表明三种水滑石样品的比表面积均在38-45m2/g之间,孔径尺寸在20-30nm之间。在脱氯特性试验台上研究了不同的制备条件(结晶温度、合成溶液pH、金属离子组成、筛分粒径)和反应条件(反应时长、气体流量、反应温度、HC1初始浓度)对类水滑石吸附剂脱氯性能的影响,并结合热重分析和XRD表征对样品在各个阶段的结构变化进行了分析。试验结果表明:平均脱氯效率随着结晶温度的升高先增大后减小,峰值出现在60℃;在pH为在8-11之间时,吸附剂样品的平均脱氯效率随着pH值的升高而升高,而样品的机械强度随着pH的升高不断下降,综合考虑认为pH为10左右制备得到的样品具有较佳的综合性能;与二元Mg-Al水滑石样品的对比实验表明,添加金属的加入,大大提高了类水滑石样品的脱氯性能;筛分粒径的选取也对HTLs的脱氯性能有一定影响,颗粒粒径在0.15-0.355mm范围内的脱氯性能更具优势。三种吸附剂的瞬时脱氯效率均随反应时长的增加先减小,然后在一个较高效率区稳定一定时间后快速下降;在高效率区的平均脱氯效率随HC1初始浓度和气体流量的升高不断下降:而随温度的升高其呈现出不同的变化趋势,试验温度从350℃升高到650℃,Ca-HTLs、Zn-HTLs的平均脱氯效率先升高后下降随后又略有回升,峰值出现在450℃,分别为97.6%和96.8%,而Fe-HTLs的脱氯效率随温度的升高不断减小,最大值出现在350-C,为92.4%。三种类水滑石中,Ca-HTLs吸附剂的综合性能最佳,Fe-HTLs的性能最不稳定。在某一典型工况条件下,Ca-HTLs、Zn-HTLs、Fe-HTLs的穿透氯容分别为638.8,590,553.7 mg/g。根据热重分析和XRD表征分析推测,HCl在碳酸根类水滑石吸附剂上的吸附可能为HC1分子或者CI取代了类水滑石在焙烧过程中失去C032-和OH-而形成的活性位上,形成了更加稳定的其他类别的类水滑石产品。采用经典的表观动力学模型对不同HC1初始浓度下的吸附过程的试验数据进行拟合。在所考察的三个表观吸附动力学模型中,Elovich吸附动力学模型的拟合效果最差,粒内控制模型的拟合具有一定的相关性,Bangham吸附动力学模型对三种吸附剂不同浓度下的吸附过程的高效率区都有良好的拟合效果。结果表明扩散反应和表面反应均不是吸附过程的唯一速控步骤。HCl在类水滑石上的吸附过程同时受气膜扩散、粒内扩散、表面反应和物理吸附等多重机制共同控制。
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