活性炭孔结构和改性对燃煤烟气脱汞的影响及机理研究

摘要

燃煤电厂排放的汞是大气中汞的主要来源。活性炭喷射法（ACI）能同时脱除烟气中各种形态的汞，成为最具潜力的脱汞方法。活性炭的吸附作用源于内部丰富的孔结构，但是对单质汞的吸附作用不强，导致脱汞应用时存在成本高、效率低的问题，因此有必要对活性炭的孔结构与脱汞效果进行深入的研究以达到更好的脱汞应用。
　　本文分别以椰壳、太西无烟煤、大同弱粘煤为原料制备活性炭，研究活性炭的孔结构与脱汞性能的关系。探讨了原料种类、烧失率、活化介质、制备工艺对孔结构及脱汞性能的影响，分析孔结构在吸附脱汞中的作用。同时，用0.5％KBr对活性炭进行改性，研究不同原料活性炭改性后孔结构和脱汞性能变化。实验中，通过 N2吸脱附、FT-IR、SEM等检测手段表征活性炭的性质，在实验室模拟固定床上对活性炭的脱汞性能进行检测。研究结果表明：
　　不同原料制备的活性炭，椰壳活性炭的比表面积最大，孔径最发达，大同活性炭的比表面积居中，太西活性炭的比表面积最小，孔径最少。原始活性炭脱汞结果表明：椰壳活性炭的脱汞效果最差，两种煤质活性炭的脱汞能力相当；对于不同烧失率的活性炭，烧失率50%时，孔径最发达，烧失率66%时孔径最少，烧失率50%的活性炭脱汞性能最好；水蒸汽活化的活性炭孔径远大于二氧化碳活化，脱汞效果也明显较好；柱状活性炭的孔径比破碎活性炭的孔径丰富，破碎活性炭初始脱除率高，随着吸附的进行，脱除率下降很快，柱状活性炭脱除率下降较慢。同种原料制备活性炭，吸附性能与0.61-1.0nm的孔容有关，V0.61-1.0越大，脱汞效果越好；对于不同原料制备的活性炭，原料的影响大于孔径的影响。
　　三种原料活性炭改性结果表明：改性过程对孔径分布、表面官能团的种类没有明显的影响。固定床脱汞结果表明：改性后脱汞性能发生质的飞跃，主要原因在于 KBr的负载。改性后大同活性炭的脱汞效果最好，改性椰壳活性炭的脱汞效果最差。比较同种原料的改性活性炭，比表面积越大，脱汞效果越好。

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1 绪论

1.1 研究背景（Background）

1.2 燃煤过程汞的转化（Transformation of Mercury in Coal Combustion）

1.3 烟气脱汞技术研究进展（Research Process of Flue Gas Mercury Removal Technology）

1.4 改性脱汞活性炭的研究进展（Research Process of Modified Activated Carbons for Mercury Removal）

1.5 活性炭孔径调控（Control Porous Structure of Activated Carbons）

1.6 研究目的与内容（Purpose and Content）

2 实验

2.1 原料（Materials）

2.2 实验仪器与试剂（Reagents and Instruments）

2.3 试验方法（Methods）

2.4 实验室模拟固定床脱汞实验（The Experiment of Mercury Removal through Fixed Bed Reactor in Laboratory）

2.5 样品的表征（The Performance Characterization of Samples）

2.6 活性炭脱汞评价指标(The Evaluation Index of Activated Carbons for Mercury Removal)

3 原料对孔结构和脱汞的影响

3.1 椰壳活性炭孔结构及脱汞性能(The Pore Structure and the Ability of Mercury Removal of YK Activated Carbons)

3.2 太西活性炭孔结构及脱汞性能(The Pore Structure and the Ability of Mercury Removal of TX Activated Carbons)

3.3 大同活性炭孔结构及脱汞性能(The Pore Structure and the Ability of Mercury Removal of DT Activated Carbons)

3.4 原料的影响(The Impact of Raw Materials)

3.5 小结(Brief summary)

4 活性炭制备工艺对孔结构和脱汞的影响

4.1 烧失率对孔结构和脱汞的影响(The Effect of Burn Off on Pore Size Distribution and Mercury Removal)

4.2 活化介质对活性炭孔径分布和脱汞的影响(The Effect of Activation Medium on Pore Size Distribution and Mercury Removal)

4.3 太西破碎活性炭与柱状活性炭的对比(Broken Activated Carbon Compare with Columnar Activated Carbon)

4.4 活性炭的孔径分布与脱汞性能的关系(The Relationship between Pore size Distribution and Ability of Mercury Removal)

4.5 小结(Brief Summary)

5 KBr改性活性炭的脱汞性能

5.1 KBr改性椰壳活性炭(YK Activated Carbons Modified with KBr)

5.2 KBr改性太西活性炭(TX Activated Carbons Modified with KBr)

5.3 KBr改性大同活性炭(DT Activated Carbons Modified with KBr)

5.4 不同负载量活性炭的脱汞效果(Ability of Mercury Removal of Activated Carbons with Different Modified Content)

5.5 改性前后活性炭的表面形态（SEM of Activated Carbons before and after Modified with KBr）

5.6 改性活性炭的脱汞机理分析（The Mechanism of Mercury Removal of Modified Activated Carbons）

5.7 小结(Brief Summary)

6 结论与展望

6.1 结论（Conclusions）

6.2 展望（Prospect）

参考文献

作者简历

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