ZSM-5分子篩吸附煙氣中Hg0的分子模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、在化石燃料的燃燒、垃圾焚燒、金屬冶煉等過(guò)程中，排放煙氣中的單質(zhì)汞（Hg0）對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境的危害越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。論文利用分子篩獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)和吸附性能，采用分子模擬與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，開展 ZSM-5分子篩脫除Hg0的研究。
　　應(yīng)用Materials Studio軟件并結(jié)合其他幾個(gè)條件，從145種不同骨架結(jié)構(gòu)的分子篩中篩選出脫汞最佳的分子篩是ZSM-5分子篩；為提高ZSM-5分子篩吸附劑脫汞效率，篩選出符合

2、條件的兩種活性物質(zhì)高鐵酸鉀（K2FeO4）和氯化銅（CuCl2），分別對(duì)ZSM-5分子篩進(jìn)行改性，形成復(fù)合型吸附劑。試驗(yàn)研究中，K2FeO4改性ZSM-5分子篩采用固態(tài)離子交換法，CuCl2則用浸漬法。具體研究結(jié)果與結(jié)論如下：
　?。?）以分子篩的單個(gè)晶胞為研究對(duì)象，應(yīng)用Materials Studio軟件模擬145種不同骨架結(jié)構(gòu)的分子篩吸附Hg0，得到在相同條件下吸附達(dá)到平衡時(shí)吸附Hg0分子的個(gè)數(shù)，在僅有Si和O原子構(gòu)成的條件下

3、，不同的骨架結(jié)構(gòu)中平均單位SiO2吸附Hg0分子個(gè)數(shù)的順序是MFI>VNI>PAI，并結(jié)合高效分子篩吸附劑篩選標(biāo)準(zhǔn)得到吸附Hg0最佳的是ZSM-5分子篩。
　?。?）用蒙特卡洛法(GCMC)模擬 ZSM-5分子篩吸附 Hg0及負(fù)載活性物質(zhì)，觀察硅鋁比、溫度等因素對(duì)ZSM-5分子篩吸附Hg0的影響。模擬結(jié)果顯示，ZSM-5分子篩組成成分中鋁含量越高，越有利于汞吸附。ZSM-5分子篩吸附汞能力隨著溫度升高而降低；其吸附等溫線服從Hen

4、ry定律。此外，根據(jù)Clausius-Clapeyron方程，得到K2FeO4負(fù)載在ZSM-5分子篩上的等量吸附熱在381~383kcal/mol，CuCl2則為13~14kcal/mol，由此說(shuō)明K2FeO4在ZSM-5分子篩上吸附位很強(qiáng)，CuCl2卻較弱。由負(fù)載分布位置圖可觀察到 K2FeO4分子只是分布在分子篩表面，而 CuCl2分子則進(jìn)入到了分子篩內(nèi)部孔道；能量分布曲線顯示，兩種活性物質(zhì)在ZSM-5分子篩中均存在多個(gè)吸附位點(diǎn)。<

5、br>　　（3）實(shí)驗(yàn)室ZSM-5分子篩吸附Hg0的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，ZSM-5分子篩骨架中硅鋁比對(duì)Hg0的吸附量存在較大影響，在硅鋁比小于50范圍內(nèi)，隨著硅鋁比值增大脫汞效率隨之降低；當(dāng)硅鋁比大于50時(shí)，脫汞效率趨于穩(wěn)定，處于55％左右。對(duì)于復(fù)合型吸附劑，K2FeO4與ZSM-5分子篩最佳質(zhì)量混合比為10:1.6，CuCl2與ZSM-5分子篩最佳浸漬質(zhì)量溶度則為2.5%；復(fù)合型K2FeO4-ZSM-5分子篩吸附汞最佳反應(yīng)溫度為80℃，復(fù)