磁性活性炭对燃煤烟气中汞吸附的实验研究

摘要

燃煤电厂烟气中汞的排放问题越来越受到人们的关注，元素态汞具有熔点低、平衡压高和难溶于水等特点而难以除去，对人类的健康造成直接或潜在的危害。目前，锅炉尾部烟道活性炭喷射脱汞技术是现阶段效果较好的汞控制技术，由于活性炭成本太高，开发廉价、高效脱汞吸附剂具有重要的科学意义和社会价值。
　　本文主要研究一种用于脱除烟气中气态Hg0的廉价、高效、易分离回收的吸附剂:磁性活性炭(MAC)，采用共沉淀法制备MAC，在小型固定床实验装置上开展模拟烟气脱汞实验，研究模拟烟气组分O2、 SO2、 HCl和水蒸气对MAC脱汞性能的影响，运用BET、SEM、VSM、XRD、TGA测试方法对吸附剂进行表征分析，并探讨其脱汞机理。结果表明:采用共沉淀法制备的MAC磁性物质负载均匀，γ-Fe2O3是主要的磁性物质，能促进汞的氧化吸附;模拟烟气中存在的O2和HCl均能促进Hg0的氧化吸附，且浓度越高脱汞性能越好;SO2的含量对MAC汞脱除没有明显的影响，只是在起始阶段影响了一些活性区域;大量水蒸气在MAC表面与汞分子产生竞争性吸附，占据MAC表面的活性位点，显著降低了MAC对汞的吸附效果。
　　为了进一步增强MAC的脱汞吸附性能，选取NaCl、NaBr、CuCl2、CuBr2进行改性处理，经过性能表征发现，改性处理对MAC的磁性不产生影响，CuCl2和CuBr2改性主要是以Cu2Cl(OH)3和Cu2Br(OH)3的形式负载，溴化物改性效果明显优于氯化物改性，铜基改性物质能够明显促进Hg0的氧化，浓度为5％的CuBr2溶液改性效果最好。
　　对最佳改性MAC进行湿法和干法磁选分离实验，测试MAC的回收率及纯度，研究表明湿法和干法均有较高的回收率，湿法分离操作过程复杂，引起改性MAC的脱汞性能减弱，而干法磁选分离可以获得较高的回收率和回收纯度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 汞的基本性质、来源及危害

1．2．1 汞的基本性质

1．2．2 汞的来源

1．2．3 汞污染的危害

1．3 燃煤电厂汞的排放现状

1．3．1 汞的排放现状

1．3．2 各国汞排放标准

1．4 国内外燃煤电厂汞控制技术

1．4．1 燃烧前脱汞

1．4．2 燃烧中脱汞

1．4．3 燃烧后脱汞

1．5 磁性活性炭研究现状及应用进展

1．5．1 研究现状

1．5．2 制备方法

1．6 本文的研究内容、目的及意义

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究目的和意义

第2章 实验系统和方法

2．1 实验方案

2．2 原料和仪器设备

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验主要仪器

2．3 实验装置

2．3．1 汞源

2．3．2 连接管路

2．3．3 吸附反应器

2．3．4 尾气吸收部分

2．3．5 汞蒸气检测部分

2．3．6 实验操作步骤

2．4 磁性活性炭的制备

2．4．1 制备磁性活性炭的技术路线

2．4．2 磁性活性炭的制备工艺研究

2．5 穿透曲线及吸附量

2．6 吸附剂的表征

2．6．1 BET分析

2．6．2 SEM分析

2．6．3 TGA分析

2．6．4 XRD分析

2．6．5 VSM分析

第3章 磁性活性炭脱汞性能研究

3．1 吸附剂的筛选

3．2 磁性活性炭的表征

3．2．1 BET测试结果及分析

3．2．2 VSM测试结果及分析

3．2．3 SEM测试结果及分析

3．2．4 XRD测试结果及分析

3．2．5 TGA测试结果及分析

3．3 制备工艺吸附剂脱汞性能的影响

3．3．1 不同离子配比

3．3．2 不同磁含量

3．4 烟气组分对磁性活性炭脱汞性能的影响

3．4．1 O2含量对吸附性能的影响

3．4．2 SO2含量对吸附性能的影响

3．4．3 HCl含量对吸附性能的影响

3．4．4 H2O含量对吸附性能的影响

3．5 本章小结

第4章 改性磁性活性炭脱汞性能研究

4．1 改性磁性活性炭的制备

4．2 改性磁性活性炭的表征

4．2．1 BET测试结果及分析

4．2．2 VSM测试结果及分析

4．2．3 XRD测试结果及分析

4．3 改性物质对磁性活性炭脱汞性能影响

4．3．1 NaCl改性磁性活性炭对汞吸附性能的影响

4．3．2 NaBr改性磁性活性炭对汞吸附性能的影响

4．3．3 CuCl2改性磁性活性炭对汞吸附性能的影响

4．3．4 CuBr2改性磁性活性炭对汞吸附性能的影响

4．3．5 改性磁性活性炭的汞吸附量

4．4 本章小结

第5章 磁性活性炭的分离回收研究

5．1 磁选分离实验

5．1．1 湿法磁选分离实验

5．1．2 干法磁选分离实验

5．2 磁选分离吸附剂脱汞性能实验

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 主要创新点

6．3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢