论文部分内容阅读
汞是一种有毒有害的重金属元素,易迁移,难富集,对环境生态和人类健康有相当大的毒性。我国一次性能源以煤炭为主,1995年全国燃煤共排放汞302.9t,其中向大气中排汞量为213.18t。汞排放最大的行业为电力。汞经由燃煤过程的排放迁移、转化已成为它在生物圈内循环的一个重要途径。因此,燃煤汞排放也是我国面临的重要环境问题。单质汞是烟气中气态汞的主要形式,也是大气环境中汞的主要形式。目前汞污染控制技术中研究和使用最广泛的是活性炭注入技术。本实验通过在活性炭上负载催化剂CoxOy、MnxOy、CoxCuyOz、CoCl2和MnCl2对活性炭进行改性,提高活性炭对汞的吸附能力。研究了制备材料的活化温度,负载量和吸附时反应温度对吸附实验的影响。实验表明,当负载量均为20%时,吸附温度为150℃时,它们的穿透时间分别达到为16h,10h,7.5h,135h,113h,吸附容量分别为: 26mgHg/gAC , 18mgHg/gAC , 13mgHg/gAC ,171mgHg/gAC,151mgHg/gAC,分别是未改性活性炭的126倍,87倍,63倍,826倍,729倍。吸附效果最好的是CoCl2/AC、MnCl2/AC。TGA,XRD分析表明:（1）活性炭上的氯可以与汞发生化学反应生成HgCl2,大大提高活性炭的吸附效率。（2）经Co和Mn改性的活性炭可以在活性炭上形成CoxOy和MnxOy,CoxOy和MnxOy作为活性中心分散在活性炭上可以催化氧化单质汞,使单质汞转化为化合态的汞,如HgO被活性炭吸附而去除。在CoxCuyOz/AC上再添加氯和溴,Co:Cu:Cl（Br）=1:1:0.5（摩尔比）,CoxCuyOz负载量为20%,吸附时间1h时,汞去除率分别达到84%,89%,比CoxCuyOz分别提高了10和15个百分点,也再次证明了在活性炭表面负载卤素Cl或Br可以增强活性炭对汞的吸附,且卤素活性为Br>Cl。采用Elovich方程、双常数方程、一级反应动力学方程、抛物线方程方程对汞吸附动力学进行拟合,结果表明:CoxOy/AC,MnxOy/AC,CoxCuyOz/AC的吸附过程更符合双常数方程,说明CoxOy/AC,MnxOy/AC,CoxCuyOz/AC的汞吸附过程是复杂的动力学过程,吸附过程、扩散过程和结合过程都起着重要的作用;对于CoCl2/AC和MnCl2/AC来说,四种方程均可以很好地拟合Hg的吸附量和时间的关系,更符合一级反应动力学方程,说明CoCl2/AC和MnCl2/AC的汞吸附过程中化学反应起主要作用。比较Elovich方程参数中的常数b和一级反应动力学方程中的常数q∞,可以得到五种改性后的活性炭对Hg的最大吸附量和吸附速率大小顺序一致,均为:CoCl2/AC>MnCl2/AC>CoxOy/AC>MnxOy/AC >CoxCuyOz/ AC。实验所用的煤来自贵州凯里地区,汞含量高达1.38mg/kg。煤在小型燃烧炉中燃烧,产生的气体经过过滤后,经过改性后的活性炭,最后气体中残留汞用Ontario-Hydro方法的溶液吸收。经过8h的烟气吸附,改性活性炭吸附了气态汞中97%的单质汞,而吸收液只吸收了3%的单质汞,表明吸附剂对实际烟气汞也有很好的吸附能力。在本实验条件下,1kg的改性活性炭可以吸附7472t煤燃烧产生的烟气中的气态单质汞;在大型燃煤工况下,若取煤中汞的释放率为98%,烟气中颗粒汞和气态的汞的含量分别为80%,20%,而单质汞又占气态汞中的80%,则1kg的改性活性炭可以吸附790t煤所产生的烟气中的气态单质汞。本论文还对电化学再生吸附后活性炭进行了研究。研究了电解过程中pH、电流、电导率、氧化还原电位的变化,再生结果表明活性炭中汞去除率达到61%,表明电化学在活性炭的回收方面有广阔的应用前景。