Mn-Fe改性碳基磁性吸附剂去除Hg^(0)性能及机制

采用溶胶凝胶法制备了一系列Mn-Fe改性碳基磁性吸附剂(Mn_(x)Fe_(y)/C),并评价了其对气态单质汞(Hg^(0))的脱除性能及抗SO_(2)中毒性能.采用SEM、TEM、BET、XRD、H_(2)-TPR、Raman、XPS等方法对吸附剂理化结构进行了分析,以此探讨了不同Mn_(x)Fe_(y)/C吸附剂性能差异的内在原因.结果表明,在反应温度150℃,Hg^(0)浓度250μg/m^(3)条件下,Mn_(2)Fe_(1)/C的Hg^(0)脱除性能最好,达到99.99%.适当含量Fe的加入会引起Mn-Fe间强相互作用,发生Mn^(3+)+Fe^(3+)Mn^(4+)+Fe^(2+)的氧化还原循环,促进Mn^(4+)的生成,同时降低Mn-O-Mn的化学键强度,增加氧空位(O_(v))、活性氧物种(O_(α))浓度,从而增强Hg^(0)的吸附脱除性能.此外,Mn_(2)Fe_(1)/C具有良好的抗SO_(2)性能,在2000×10^(-6)SO_(2)浓度下其Hg^(0)脱除率依然保持在80%以上.XPS表明Fe能保护大部分Mn活性位点免受SO_(2)中毒,同时抑制了吸附剂表面硫酸盐的形成与沉积.Mn_(2)Fe_(1)/C可以通过磁分离从粉煤灰中分离出来,其经4次吸附再生循环后仍有95.69%的Hg^(0)脱除效率,具备优越的再生能力,是一种具有应用前景的燃煤烟气汞吸附剂.

功能化单壁碳纳米管去除Hg^(0)性能及机理研究

对单壁碳纳米管(SWCNTs)改性,制备了羟基化碳纳米管(SWCNTs-OH)、羧基化碳纳米管(SWCNTs-COOH)和氨基化碳纳米管(SWCNTs-NH2),并测试了其对气态单质汞(Hg^(0))的吸附性能.采用SEM、BET、FTIR、XPS等技术对碳纳米管的物理结构和化学特性进行了表征,探讨了不同碳纳米管脱汞性能差异原因和脱汞机理.结果表明,SWCNTs-NH_(2)的脱汞性能最为优异,在初始汞浓度为250μg·m^(-3),反应温度为100℃条件下,脱汞效率可达99.97%,相较于SWCNTs脱汞性能提高14.30%.SWCNTs-NH_(2)比表面积较高,表面活性含氧基团丰富且表面氨基对汞有较强的亲和力,有利于Hg^(0)的吸附.XPS和汞程序升温脱附(Hg-TPD)分析表明,吸附在碳纳米管上的汞物种主要为物理吸附Hg^(0)和HgO,而SWCNTs-NH_(2)上还存在弱结合态汞N−Hg−O,可能是由SWCNTs-NH_(2)表面的活性含氧基团−COOH、C=O氧化Hg^(0)产生的中间产物−C−O−Hg与表面−NH2进一步相互作用产生.

板钛矿TiO_(2)载体增强Mn-O-Ti相互作用及其对气态单质汞的吸附脱除促进机制

MnO_(x)/TiO_(2)是一种性能优异的气态单质汞(Hg^(0))吸附剂.制备方法、负载量、煅烧温度等因素对其Hg^(0)吸附性能的影响已被广泛研究.为进一步探明载体晶型对MnO_(x)/TiO_(2)的Hg^(0)吸附性能的影响,采用简单浸渍法在锐钛矿TiO_(2)(MnO_(x)/TiO_(2)-A)、金红石TiO_(2)(MnO_(x)/TiO_(2)-R)和板钛矿TiO_(2)(MnO_(x)/TiO_(2)-B)表面负载MnO_(x).通过固定床反应器测试3种MnO_(x)/TiO_(2)的Hg^(0)吸附效率及SO_(2)抗性.采用多种表征手段分析载体晶型对MnO_(x)/TiO_(2)金属氧化物-载体相互作用、Hg^(0)吸附性能和SO_(2)抗性的影响.研究发现,在相同烟气组分下,MnO_(x)/TiO_(2)-B的Hg^(0)吸附性能最为优异,100 min内Hg^(0)吸附效率维持在96%以上.通过拉曼(Raman)与X射线光电子能谱(XPS)等分析可知,MnO_(x)/TiO_(2)-B具有更强的金属氧化物-载体相互作用,其界面处形成的独特Mn-O-Ti结构,能够削弱Mn-O键强度,提高吸附剂表面氧物种的迁移率和缺陷氧含量,同时诱导高价态Mn(Mn^(4+))的形成,进而增强其对Hg^(0)的吸附氧化,促进表面HgO的生成.SO_(2)对3种晶型MnO_(x)/TiO_(2)的Hg^(0)吸附性能均存在抑制作用.其中,MnO_(x)/TiO_(2)-B和MnO_(x)/TiO_(2)-R抗硫性能稍弱,可能是由于其表面缺陷氧及-OH促进了SO_(2)的吸附氧化.本研究可为高Hg^(0)氧化活性锰基吸附剂的开发和改性提供理论依据.