【摘 要】
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赤泥(RM)是氧化铝工业中产生的固体废物。我国的赤泥产量较大,目前在我国的处理方式主要为堆存,对土壤、水源等造成较大污染和损害,对于赤泥的研究还需要进一步加强。钢铁行业是我国支柱性行业,其高炉炼铁过程中会产生大量高炉煤气,其中含有低浓度羰基硫(COS)气体,不利于我国超低排放要求的落实。COS是一种还原性气体,呈弱酸性,可与碱发生反应。因此利用赤泥脱除COS存在可行性,符合以废治废的理念,具有一定
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赤泥(RM)是氧化铝工业中产生的固体废物。我国的赤泥产量较大,目前在我国的处理方式主要为堆存,对土壤、水源等造成较大污染和损害,对于赤泥的研究还需要进一步加强。钢铁行业是我国支柱性行业,其高炉炼铁过程中会产生大量高炉煤气,其中含有低浓度羰基硫(COS)气体,不利于我国超低排放要求的落实。COS是一种还原性气体,呈弱酸性,可与碱发生反应。因此利用赤泥脱除COS存在可行性,符合以废治废的理念,具有一定的经济效益和环境效益。本文以赤泥为主要材料,使用聚乙二醇(PEG)为改性剂,制备了改性RM吸附剂用于吸附低浓度COS,优化了制备条件,探究得出了改性RM吸附COS的最佳条件,并利用表征手段初步研究了改性RM吸附剂的吸附机理。主要结论如下:(1)未经处理的原RM对COS具有一定的吸附效果,但吸附效率不高,可重复性和稳定性不足。加水搅拌可以疏通RM表面孔隙,提高吸附效率和稳定性。一定量的PEG具有分散、造孔和还原作用,可以使RM表面颗粒更小,分布更均匀,孔隙更多,且能够促进Fe3O4的形成。焙烧可以使RM的部分物质结晶,促进了Fe OOH和Fe3O4的形成,与吸附剂表面的COS反应,从而有利于COS的吸附。经实验研究,最佳的制备条件为1%PEG、500℃焙烧8 h,此时在相同吸附条件下,具有最好的吸附效率。(2)实验结果证明,一定的吸附温度有利于COS的吸附,吸附温度过高则会导致被物理吸附的COS脱附,吸附效率下降。较低的相对湿度可以使吸附剂表面可溶的反应产物溶解,吸附位点重新暴露。相对湿度过高时,水分会与COS竞争吸附位点,甚至形成水膜,阻碍吸附。空速影响了原料气与改性RM吸附剂的接触时间,空速越低,吸附容量越大。考虑到处理气量的效率问题,取6000 h-1。最佳的吸附条件为吸附温度80℃、相对湿度2.59%、空速6000 h-1,此时改性RM的吸附效率在60min前可保持在90%以上,吸附容量为65.56 mg COS/g。(3)实验着重探究了两种改性RM吸附剂再生方式的再生效果。在氮气吹扫再生中,1次再生的再生效率为93.27%,但后续再生效果较差。热解析再生1次再生效率为27.19%,5次再生效果相差不大。水洗—热解析再生法效果最好,1次再生效率为74.26%,前3次再生效率均可达到70%。当原料气中含10%O2时,1次再生效果为81.29%,随再生次数增多逐渐降低。(4)实验利用了XRD、XPS、FTIR等表征手段对改性RM进行了机理分析,证明碱、Fe OOH和Fe3O4为吸附过程的主要活性物质。改性RM的孔隙结构主要为微孔和介孔,比表面积较大,表面的团聚现象明显缓解。改性后Fe OOH和Fe3O4的含量增加,与吸附在改性RM表面的COS发生反应,含氧基团参与氧化作用。当原料气中无O2时,最终反应产物主要为Na2S2O3、Na2SO3、Na2SO4和Fe S2等。当原料气中存在10%O2时,氧化作用促进了COS的吸附过程,最终反应产物主要为Fe SO4、Na2SO4和Na2S2O6等。
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