礦物吸附劑對(duì)燃煤煙氣中汞的脫除機(jī)制的研究.pdf

1、煤炭作為我國(guó)的主要能源這一現(xiàn)狀在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)難以改變,大量的煤炭消耗帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問題。汞因?yàn)榫邆鋼]發(fā)性、持久性和生物積累性,被認(rèn)為是一種全球性的污染物,近年來(lái)受到極大的關(guān)注。我國(guó)是世界上汞排放量最大的國(guó)家之一,而燃煤電廠是大氣中汞的主要排放源之一,因此必須對(duì)其進(jìn)行控制。吸附劑噴入法是一種極具應(yīng)用前景的脫汞技術(shù),其能夠有效利用現(xiàn)有的除塵設(shè)備實(shí)現(xiàn)煙氣中汞的脫除。然而現(xiàn)有的活性炭類吸附劑在應(yīng)用過程中存在兩個(gè)主要問題:其一是活性炭?jī)r(jià)格較高

2、導(dǎo)致燃煤電廠脫汞成本太高;其二是活性炭的噴入會(huì)增加飛灰中的碳含量,從而影響到飛灰在水泥工業(yè)中的應(yīng)用,由此不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)還會(huì)導(dǎo)致新的環(huán)境問題。因此研究和開發(fā)新型的低成本高效率的汞吸附劑具有重要意義。本文利用廉價(jià)的天然礦物材料作為活性炭的替代品,合成制備出了一系列的汞吸附劑,并對(duì)其脫汞性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),深入探討了礦物吸附劑的脫汞機(jī)理。
　　首先選取了凹凸棒石、膨潤(rùn)土、絲光沸石和蛭石四種天然的硅酸鹽礦物作為天然吸附劑,利用熱活化

3、法對(duì)吸附劑進(jìn)行了活化處理,采用N2吸附-脫附、X-射線衍射(XRD)和X-射線熒光探針(XRF)等方法對(duì)吸附劑進(jìn)行表征,在模擬煙氣條件(N2、O2和CO2)下,利用VM3000測(cè)汞儀在固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)吸附劑的脫汞效果進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,熱活化并未增強(qiáng)吸附劑的脫汞能力,而升高溫度有利于吸附劑對(duì)Hg0的脫除。四種天然吸附劑中膨潤(rùn)土的脫汞效果最好,而蛭石的脫汞效果最差,天然礦物吸附劑對(duì)汞的脫除主要基于化學(xué)吸附機(jī)理。消解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示絲光沸石

4、和凹凸棒石能夠氧化Hg0,其原因與吸附劑中的鈦元素有關(guān)。
　　在對(duì)四種天然硅酸鹽礦物脫汞能力的研究基礎(chǔ)上,選取了凹凸棒石、膨潤(rùn)土和絲光沸石三種天然礦物作為吸附劑材料,選用了單質(zhì)硫、交聯(lián)硫化鈉、巰基乙酸鈣、二巰基吡啶、二巰基吡啶 N氧化物、3-巰丙基-三甲氧基硅烷、半胱氨酸、胱氨酸、氯化銅、氯酸鈉、溴化鉀和碘化鉀等各種試劑作為改性劑,制備出了一系列的化學(xué)改性吸附劑,并同時(shí)制備了Al柱撐蒙脫石吸附劑。研究結(jié)果表明,不同的吸附劑材料對(duì)改

5、性劑的負(fù)載量不同,絲光沸石對(duì)有機(jī)改性劑的負(fù)載量最小,而層狀結(jié)構(gòu)有利于負(fù)載有機(jī)改性劑;單質(zhì)硫改性吸附劑的脫汞效果要優(yōu)于有機(jī)硫改性吸附劑,溫度從70℃升高到120℃有利于吸附劑對(duì)汞的脫除;有機(jī)螯合改性吸附劑能夠有效脫除Hg0,而單一的巰基基團(tuán)并不能有效吸附Hg0;絲光沸石對(duì)氯化銅的負(fù)載能力較差,導(dǎo)致其改性后脫汞效果要弱于膨潤(rùn)土和凹凸棒石;在120℃時(shí)氯酸鈉改性凹凸棒石表現(xiàn)出超過90％的汞脫除率,天然凹凸棒石中的鐵氧化物能夠消弱氯酸鈉中的Cl

6、-O鍵從而促進(jìn)其對(duì)汞的氧化;碘化鉀改性吸附劑在干燥過程中會(huì)因碘化鉀的分解而產(chǎn)生單質(zhì)I2,從而有效促進(jìn)吸附劑對(duì)Hg0的脫除;三種天然礦物吸附劑對(duì)溴化鉀的負(fù)載能力較差,導(dǎo)致溴化鉀改性吸附劑無(wú)法有效脫除Hg0;Al柱撐蒙脫石極大改善了蒙脫石的物理特性,其比表面積由原來(lái)的61 m2/g增加到了209 m2/g,但脫汞效果并不明顯;總體看來(lái),平均汞脫除率在80％以上的吸附劑有:硫改性膨潤(rùn)土(S-Ben)、氯化銅改性凹凸棒石(Cu-Atp)、氯化銅

7、改性膨潤(rùn)土(Cu-Ben)、氯酸鈉改性凹凸棒石(Cl-Atp)和三種碘化鉀改性吸附劑(I-Atp、I-Ben和I-Mor)。
　　通過對(duì)比分析,選取了Cu-Atp作為最合適的汞吸附劑,結(jié)合VM3000測(cè)汞儀和安大略法兩種測(cè)汞方式,在N2氣氛下利用固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)架對(duì)影響吸附劑脫汞效果的各因素進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)SO2和H2O會(huì)略微抑制吸附劑對(duì)汞的脫除,NO則并無(wú)明顯影響,不同形態(tài)的銅化合物及溶劑均會(huì)影響吸附劑的脫汞效果,在150℃下加熱會(huì)