改性褐煤半焦的表面性质及对气态Hg^0的吸附特性

以廉价的褐煤为原料制备褐煤原料半焦,通过化学改性研制脱除烟气中气态Hg0的改性半焦(MnOx褐煤半焦)吸附剂,运用N2吸附-脱附、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)及XPS(X射线光电子能谱)等对吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附试验考察2种吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明:原料半焦与改性半焦均具有较发达的孔隙结构,并且以2~5 nm的介孔结构为主;经化学改性后,半焦表面石墨化程度有所提高,石墨碳C─C所占比例由51.37%增至76.17%;MnOx主要以高度分散的无定形状态均匀分布于改性半焦表面.固定床吸附试验结果表明,温度为140℃时,原料半焦对气态Hg0的吸附性能较差,而改性半焦则表现良好,其最高吸附效率可达85.6%;初始ρ(Hg0)分别为10.1、20.3、30.0、40.6μgm3时,改性半焦的吸附性能随初始ρ(Hg0)升高而增强;当吸附温度由30℃升至140℃时,改性半焦的吸附性能也随着吸附温度的升高而增强.改性半焦对气态Hg0的吸附作用应主要为化学吸附,被吸附后的汞主要以氧化态(Hg2+)形式存在.

KMnO_4溶液改性半焦对烟气中气态Hg^0的吸附性能研究

在小型固定床实验台上利用半焦及其KMnO4溶液改性样品进行气态Hg0吸附实验。结果表明,在低温时原料半焦对气态Hg0具有良好的吸附性能,升温则使其吸附性能迅速降低;经高锰酸钾溶液浸渍处理后,改性半焦在高温140℃时吸附性能明显提高,对浸渍样品在250℃进行热处理可使其吸附性能进一步提高。BET结果表明,原料半焦具有较发达的微孔结构,改性处理使微孔比例下降,孔隙结构发达程度降低;XPS测试表明,改性半焦表面的汞主要以氧化态(Hg2+)形式存在,高价锰化合物(KMnO4、K2MnO4、MnO2)是主要的氧化活性物质。

原料半焦和FeCl_3改性半焦脱除模拟烟气中气态Hg^0的实验研究

在固定床实验台上,利用内蒙古霍林河褐煤半焦及其改性半焦对模拟烟气中的气态Hg0进行吸附实验。结果表明:与原料半焦相比,在140℃下、经FeCl3溶液改性半焦吸附效率有明显提高,并且长时间维持在90%以上;改性半焦对气态Hg0具有较高的吸附稳定性。BET测试结果表明,半焦经FeCl3溶液处理后,孔道发生部分堵塞或破坏,使得半焦的孔隙结构发达程度有所降低;XRD测试表明,改性半焦中无定形炭的结构并未发生变化,表面Fex Oy以高度分散的无定形状态存在;FTIR分析结果表明,FeCl3溶液处理使半焦表面O—H官能团和C O官能团的含量增加。

燃煤烟气中气态Hg^0污染物吸附剂的研究进展

对目前燃煤烟气中气态Hg0污染物吸附剂进行了分类研究,重点总结了碳基吸附剂、层状矿物类吸附剂、磁性吸附剂等3类吸附剂的特点,对气态Hg0的吸附效果及吸附机理进行了深入探讨.通过分析比较,提出了研制高效吸附剂的主要途径,并展望了气态Hg0吸附剂的发展趋势.

FeCl_3改性MOFs在低温下对Hg^0的吸附性能

为提高吸附剂对Hg^0(零价汞)的吸附效率,利用MOFs(金属有机框架)材料发达的孔隙结构和高比表面积(1 997.010 0 m^2/g),采用FeCl_3溶液浸渍改性,制备了吸附剂FeCl_3@MIL-101(Cr)用于脱除Hg^0.在小型固定床反应器上考察了浸渍浓度、反应温度、氧含量等对Hg^0去除的影响.结果表明:FeCl_3@MIL-101(Cr)在进口ρ(Hg^0)为2×10^(-3)mg/L,c(FeCl_3)为0.2 mol/L,反应温度60℃,气体流速400 mL/min,φ(O_2)为1%的条件下,吸附穿透时间长达62 h,相应的吸附容量为14.27 mg/g.在此基础上,进一步利用BET(比表面积测试)、SEM(扫描电镜)-EDX(能量色散X射线光谱)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)等常用表征手段研究了改性前后吸附剂的物理化学特性,证明了吸附剂FeCl_3@MIL-101(Cr)吸附零价汞是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,含氯官能团在吸附Hg^0过程中也发挥了相当大的作用,并且氧气可促进其吸附效果.最后,分析了其吸附机理.研究显示,该种吸附剂在低温条件下具有较为优良的脱汞性能,应用前景良好.

过硫酸钾及过硫酸钾与过渡金属离子协同体系氧化吸收Hg影响因素研究

通过考察不同过渡金属离子对K_2S_2O_8脱Hg性能的影响,建立了K_2S_2O_8与过渡金属离子协同脱Hg体系。实验结果表明:4种过渡金属离子的催化效应由高到低分别为Fe^(2+)>Co^(2+)>Cu^(2+)>Mn^(2+),K_2S_2O_8浓度为3 mmol/L,K_2S_2O_8与Fe^(2+)的摩尔比为3:1,反应温度为45℃时,Fe^(2+)/K_2S_2O_8体系的Hg脱除效果高达94.61%,Hg脱除效果最佳。p H值在3.5~9的范围内,随着p H值的升高,K_2S_2O_8,Fe^(2+)/K_2S_2O_8,Co^(2+)/K_2S_2O_8,Cu^(2+)/K_2S_2O_8和Mn^(2+)/K_2S_2O_8体系的脱除效率均有不同程度的下降,碱性环境对K_2S_2O_8以及K_2S_2O_8与过渡金属离子的协同体系脱Hg不利。同条件下,Cu^(2+)/K_2S_2O_8体系的Hg脱除效率保持在74.84%~78.26%之间,体系稳定性突出。入口Hg浓度的改变对各体系的脱Hg性能影响不大,抗冲击负荷能力较强。

ZnCl_2溶液对褐煤半焦表面性质及其中高温脱汞性能的影响

利用ZnCl_2溶液对褐煤进行浸渍后在700℃条件下热解制备改性半焦,采用N2吸附/脱附、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等手段对ZnCl_2处理前后两种半焦表面物化性质进行了表征,在小型固定床反应器上研究了ZnCl_2溶液浸渍处理前后褐煤半焦对气态单质汞(Hg^0)的脱除性能.结果表明,经过ZnCl_2处理得到的半焦(ZSC)具有发达的孔隙结构,其表面含氧官能团含量和数量有所提高,并出现了新的C-Cl基团;在100~360℃温度范围内,制备的改性半焦ZSC的脱汞效率随温度升高而降低,但在中高温条件下仍表现出良好的脱汞性能;在化学吸附过程中,气态Hg0被C-Cl基团氧化为HgCl或HgCl_2,同时Hg^0与半焦表面含氧官能团结合生成HgO,Hg^0最终以HgCl_2或HgO的形式附着在半焦表面.

褐煤半焦表面汞的吸附形态及稳定性

为了考察气态Hg0在半焦表面的吸附形态及稳定性,针对原料半焦(NM-SC)、盐酸改性半焦(Cl-SC)、KMnO4改性半焦(Mn-SC)和KMnO4/热处理改性半焦(Mn-H-SC)4种样品在30℃和140℃的气态Hg0吸附产物,利用毒性特性浸出TCLP实验考察了样品中汞在模拟水环境中的稳定性,利用逐级化学提取实验考察了样品中汞的赋存形态。TCLP实验表明,Cl-SC在140℃的吸附产物和Mn-SC在30℃的吸附产物浸出液中汞的浓度均高于TCLP标准中汞的安全浓度值,改性过程降低了半焦表面吸附态的汞在水环境中的稳定性。逐级化学提取实验表明当吸附温度为30℃时,4种半焦样品中汞的形态主要是元素态。而当吸附温度为140℃时,NM-SC中元素态汞含量最高,其次为HgO;Mn-SC和Mn-H-SC中汞的形态主要是HgO;Cl-SC中汞的形态主要是HgCl2。