论文部分内容阅读
烟气中Hg0难脱除、高污染、多危害。催化氧化法将元素汞氧化为易于被脱除的氧化态汞是一种有效控制汞污染的途径,实现这一途径的关键问题是高效经济脱汞吸附剂的制备研究。脱汞吸附剂的改性和Hg0吸附动力学机理研究对提高烟气脱除Hg0效率、降低脱汞吸附剂应用成本具有重要理论意义和工程价值,对同类脱汞吸附剂的开发和应用也有借鉴和指导意义。论文选取ZSM-5分子筛为制备高效经济脱汞吸附剂的载体,CuCl2、Cu（AC）2、CuSO4、Cu（NO3）2为改性的活性物质,采用浸渍法,制得Cu-ZSM-5分子筛脱汞吸附剂,并运用XRD、BET、SEM、FT-IR等方法对改性前后ZSM-5分子筛进行对比表征分析。在同等条件下,通过小型固定床脱汞反应系统,对Cu-ZSM-5分子筛进行脱汞性能测试,筛选出最佳铜基改性材料,并采用动力学实验和动力学模型研究其在不同吸附剂投加量、不同吸附反应温度、不同气流流量下的吸附Hg0行为。利用Materials Studio软件对Hg分子在Cu-ZSM-5分子筛上的吸附进行分子动力学模拟,从微观角度研究吸附特性。采用XRD、FTIR、EDS、XPS对吸附Hg0前后的Cu-ZSM-5分子筛进行对比表征分析,揭示Cu-ZSM-5分子筛对Hg0的催化氧化机理。主要研究结果、结论如下:（1）铜基浸渍改性ZSM-5分子筛后,分子筛晶型未变,比表面积随负载量增大而减小,孔径分布不变,Cu成功引入分子筛内,显著提高了Hg0的脱除性能,以2.5 wt%CuCl2-ZSM-5分子筛的脱汞效果最佳。CuCl2-ZSM-5分子筛吸附Hg0的穿透率随吸附剂投加量的增大而减小、随温度的升高而增大、随气流流量的增大而升高;单位汞吸附量随吸附剂投加量的增大而降低、随温度的升高而降低、随流量的增大而降低。在所研究条件下,准二级动力学模型能够很好描述Hg0在CuCl2-ZSM-5分子筛上的吸附过程。（2）MS模拟单胞ZSM-5分子筛对铜材料的负载能力大小为CuCl2>CuSO4>Cu（NO3）2>Cu（AC）2,ZSM-5分子筛对CuCl2具有更高的负载能力。温度会影响Hg分子的吸附量和吸附等温线,随着温度的升高,汞的吸附量降低,遵循Langumir单分子层吸附模型。汞分子的吸附位置主要是在分子筛的孔道内,分子筛孔道内表面存在大量的吸附活性位点。（3）对吸附Hg后的Cu-ZSM-5分子筛表征,发现CuCl2改性ZSM-5分子筛后,使分子筛表面具有更多利于催化氧化脱汞的官能团,可以将Hg0氧化为Hg2+,遵循Mars-Maessen反应机制。（4）CuCl2-ZSM-5分子筛表现出对Hg0良好的吸附性能及催化氧化效率,可以作为高效脱汞吸附剂应用于燃煤烟气Hg0的控制。