等离子体改性生物炭对汞吸附性能和机理研究

摘要

燃煤汞排放是汞污染的最大来源之一，采取措施和控制燃煤电厂汞排放刻不容缓。生物炭是将农业上废弃的生物质在无氧环境下热解所获得的，因其具有低成本、可再生性和制备工艺简单等优点而成为吸附剂的有力竞争者。低温等离子体氧化脱汞技术以其适应性强，省时和高效的特点引起了广泛关注。本文利用介质阻挡放电(DBD)作为产生等离子体的方法，将不同生物炭样品放入DBD反应器中改性，研究了等离子体改性生物炭提高对Hg0的吸附性能和机理研究。主要内容如下:
　　在600℃的高纯氮气条件下，热解6种生物质制备了生物炭样品，包括玉米秸秆(C6)、小米秸秆(M6)、小麦秸秆(W6)、黑豆秸秆(B6)、水稻秸秆(R6)和烟草秸秆(T6)。将生物炭样品置于介质阻挡放电反应器中改性5分钟，放电功率为23W，反应气氛为浓度为1％的Cl2（平衡气为氮气）。使用Cl2等离子体增加生物炭上的Cl活性位点以提高烟气中的汞脱除效率。在固定床反应器中研究等离子体改性对生物炭脱除汞的性能研究。通过比表面积分析(BET)、扫描电镜分析(SEM)、热重分析(TG)、傅立叶红外分析(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析表征生物炭的物化性质来研究等离子体改性生物炭对Hg0吸附能力和机理。
　　实验结果表明，原始生物炭对Hg0去除效率小于10.0％，Cl2等离子体改性生物炭对Hg0去除效率可提高到80.0％以上，在90分钟内改性后烟梗生物炭的平均Hg0脱除效率比原始生物炭高出10～28倍。在等离子体改性期间，由于等离子体蚀刻效应，生物炭表面变得多孔。氧官能团(C-O、C=O和C(O)-O-C）的相对强度提高，而氧(O)的含量降低。改性生物炭汞脱除效率提高的主要原因是由Cl2等离子体改性使生物炭表面上C-Cl基团的数量增加。C-Cl基团起到活化位点的作用并促进了Hg0脱除效率。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 汞污染控制现状及脱汞技术

1．2 生物炭的概述

1．2．1 生物炭的定义

1．2．2 生物炭的生产

1．2．3 生物炭应用范围

1．3 等离子体脱汞技术研究现状及问题

1．4 本文研究内容及目的

第2章 等离子体改性生物炭基本原理

2．1 等离子体放电的基本原理

2．2 介质阻挡放电装置

2．3 介质阻挡放电改性生物炭基本反应过程

2．4 本章小结

第3章 实验平台与样品的制备

3．1 生物炭的制备

3．2 实验平台

3．2．1 介质阻挡放电改性实验平台

3．2．2 固定床吸附试验平台

3．3 实验仪器介绍

3．3．1 汞连续在线检测仪CEMs

3．3．2 比表面积和孔分析仪

3．3．3 元素工业分析

3．3．4 TAI SDT Q600热分析仪

3．3．5 傅立叶红外光谱仪(FT-IR)

3．4 本章小结

第4章 生物炭样品汞吸附陛能评价

4．1 实验方法及步骤

4．2 对汞吸附性能评价方法

4．3 不同原始生物炭样品汞吸附性能评价

4．4 Cl2气氛下改性生物炭样品汞吸附I生能评价

4．5 本章小结

第5章 生物炭样品的物性表征

5．1 生物炭样品成分及比表面积分析

5．2 生物炭样品的扫描电镜分析

5．3 生物炭样品的热稳定性分析

5．4 生物炭样品的傅立叶红外分析

5．5 生物炭样品的X射线光电子能谱分析

5．6 本章小结

6．1 本文的研究成果

6．2 本文的创新点

6．3 进一步工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢