殼聚糖吸附劑改性及其對(duì)煙氣中CO2和汞的聯(lián)合脫除性能研究.pdf

1、重金屬汞的排放對(duì)環(huán)境和人體危害巨大，溫室氣體CO2的排放又引起全球氣候變異，對(duì)汞進(jìn)行排放控制及CO2的捕集與封存利用十分重要。作為最大的CO2排放源和汞污染源之一的燃煤電廠急需找到一種高效、安全、經(jīng)濟(jì)的脫碳脫汞方法，以解決單質(zhì)汞的排放及碳捕集與封存造成的能耗高，投資大的問題。
　　目前還沒有一種有效的碳汞聯(lián)合脫除的技術(shù)，吸附法具有除汞和脫碳技術(shù)的共性，但應(yīng)用同一種吸附劑進(jìn)行碳汞聯(lián)合脫除的技術(shù)尚未深入研究。本論文針對(duì)燃煤電廠尾部煙氣

2、中的CO2及重金屬汞排放特點(diǎn)，選擇富含氨基與羥基官能團(tuán)的天然高分子化合物殼聚糖進(jìn)行改性，開發(fā)一種具有同時(shí)脫碳及脫汞性能的新型吸附劑，進(jìn)行碳汞聯(lián)合脫除性能與機(jī)理研究，以期找到一種高效、安全、經(jīng)濟(jì)的脫碳脫汞方法。
　　本文利用溶膠凝膠法系統(tǒng)的制備了不同酸溶解的摻雜碘鹽及TiO2具有光催化性能的系列殼聚糖吸附劑，利用比表面積分析BET、掃描電鏡SEM、X射線衍射XRD、紅外光譜FT-IR分析表征吸附劑的物理化學(xué)特性，對(duì)比吸附汞前后的結(jié)構(gòu)

3、變化，優(yōu)選出適宜于燃煤煙氣汞脫除的吸附劑，利用其再生的分子印跡過程，開發(fā)出堿液一步高溫活化改性法，得到相對(duì)高比表面積的殼聚糖高溫改性吸附劑，系統(tǒng)的開展對(duì)CO2的脫除性能研究，得到吸附劑高溫改性參數(shù)。并在純二氧化碳?xì)饬飨逻M(jìn)行再生性能研究，再生性能好，能耗低。
　　研究表明殼聚糖作為光催化劑TiO2的載體十分合適，強(qiáng)化了銳鈦礦相，加強(qiáng)了納米TiO2的光催化特性，有利于單質(zhì)汞脫除。Br-的存在能夠抑制TiO2晶粒長(zhǎng)大，增加吸附劑的比表面

4、積，強(qiáng)化I-除汞作用，增強(qiáng)吸附劑對(duì)Hg2+的吸附，TiO2的添加大大促進(jìn)了吸附汞容量的增大，pH為5-7時(shí)有利于汞的吸附，溫度為55℃左右時(shí)汞吸附容量較大。Hg2+在復(fù)合吸附劑上的吸附符合非均相的多分子層吸附，表面吸附和粒子內(nèi)擴(kuò)散作用均對(duì)汞的吸附起重要作用。稀硫酸可以洗脫Hg2+使吸附劑再生，再生過程即為分子印跡過程，有利于汞的選擇吸收，增大其吸附容量。
　　堿活化高溫改性一步法可得到大比表面積多微孔的殼聚糖基碳材料，熱解溫度在5

5、00℃以下可以有效保留有利于汞及二氧化碳吸附的氨基官能團(tuán)。有利于脫除CO2反應(yīng)的最佳吸附劑制備條件為TiO2含量為10％左右，KOH做為活化劑，N2氣氛下程序升溫的方式升到500℃保溫20min進(jìn)行熱解，TiO2可加速熱解過程。吸附劑吸附CO2屬于物理吸附與化學(xué)吸附相結(jié)合，50℃為最佳反應(yīng)溫度，常壓下20％CO2體積濃度下最高吸附容量為2.86mmol/g，110℃吸附容量急劇下降，純二氧化碳?xì)饬飨挛皆偕?次吸附容量幾乎不變;紅外光譜

6、顯示吸附CO2機(jī)理為堿性氨基官能團(tuán)-NH、-NH2與CO2反應(yīng)生成了氨基甲酸酯或氨基酸銨鹽，未清洗去除的殘余活化劑促使碳酸鹽或碳酸氫鹽的形成。
　　選取四種不同煙氣氣氛下活化的吸附劑CS-Ti-Na-N2，CS-Ti-Na-CO2，CS-Ti-K-N2，CS-Ti-K-CO2，在自制的光催化反應(yīng)床上開展二氧化碳和汞聯(lián)合脫除性能研究，結(jié)合XRD、SEM、BET、FT-IR結(jié)構(gòu)表征手段得出吸附劑CO2和汞的聯(lián)合脫除機(jī)理，明確了反應(yīng)活性

7、位;紅外光譜分析顯示，汞和CO2在改性殼聚糖吸附劑上被吸附的位置除了3500cm-1附近的O-H伸縮振動(dòng)峰外各不相同，互不影響。研究表明，紫外照射能促進(jìn)汞及CO2的協(xié)同脫除。當(dāng)CO2和單質(zhì)汞共存時(shí)，阻礙了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，并不斷消耗電子及空穴，促進(jìn)了光催化氧化與還原作用的延續(xù)，使單質(zhì)汞和CO2脫除效率升高。但當(dāng)單質(zhì)汞奪取光生電子與吸附在吸附劑表面的氧分子反應(yīng)，則促進(jìn)脫汞反應(yīng)，抑制脫碳反應(yīng)的進(jìn)行。
　　H2O的存在可以促進(jìn)CO

8、2和汞的聯(lián)合脫除反應(yīng)，KOH做為活化劑比NaOH更有利于CO2的脫除，紫外光照促進(jìn)了CO2的脫除。當(dāng)CO2和汞共存時(shí)20min最高脫除CO2容量為29.35mmol/g，遠(yuǎn)大于熱重實(shí)驗(yàn)純碳?xì)饬飨翪O2的脫除量1.02mmol/g。CS-Ti-K-CO2比CS-Ti-K-N2對(duì)汞的吸附脫除效果更好，對(duì)CO2的吸附脫除由于K2CO3的存在稍微下降。
　　高溫改性后的吸附劑，得到二氧化鈦的納米混晶，提高了可見光催化活性，日光下，CO2和