卤素改性活性炭氧化单质汞的机理研究

采用量子化学密度泛函理论中B3LYP方法,研究了单质汞在卤素改性活性炭表面的氧化反应机理。选定七环锯齿形苯环簇为活性炭表面模型,设计了两种卤素改性活性炭模型X-AC和X-AC-X(X=Cl、Br、I)。通过得到氧化反应过程的过渡态,明确了氧化反应过程,并计算单质汞在改性活性炭表面的吸附能和氧化反应的能垒。研究结果表明:单质汞在负载三种不同卤素原子活性炭表面的吸附能的大小顺序均为:ClBrI,且从吸附强度角度分析,氯改性活性炭表面对单质汞的吸附最稳定。单质汞在负载三种不同卤素原子活性炭表面发生氧化反应的能垒大小顺序均为:ClBrI,且从反应发生难易角度分析,碘改性活性炭表面对单质汞的氧化反应最容易发生。单质汞在改性活性炭表面氧化反应的难易顺序可以正确解释改性活性炭脱除单质汞的实验现象。研究单质汞在改性活性炭表面氧化反应过程中的能垒,对于正确全面揭示改性活性炭脱除单质汞机理至关重要。     

活性炭表面含氧官能团对汞吸附的作用

本文对采用不同方法处理后的活性炭进行BET、官能团分析和汞吸附性能实验,研究其表面含氧官能团对汞吸附的作用。结果表明:活性炭表面的酯基与羰基能提高汞的吸附效率,高于100℃时是影响活性炭汞吸附效率的主要因素。物理吸附,羰基与酯基吸附的汞的程序升温脱附温度峰值分别为100,210和320℃。汞在与活性炭表面接触后优先被吸附能高的化学吸附位点吸附,化学吸附饱和后,才会进行物理吸附。     

高硫石油焦喷射脱汞实验研究

以Na_2S与NH4Br溶液分别对石化工业副产物高硫石油焦进行活化,改性以制成载溴富硫活性炭。采用比表面积及孔隙度分析仪、扫描电子显微镜/X射线能谱分析仪、X射线光电子能谱仪对吸附剂物理化学性质进行表征。在模拟烟气管道喷射实验装置上进行了高硫石油焦喷射脱汞实验研究。结果表明,Na_2S活化后的石油焦表面微孔结构和微观形貌得到较大改善,在石油焦表面形成含硫官能团;NH4Br改性后使溴活性因子搭载于石油焦表面,促进了临近含硫官能团的活性;表面含硫官能团与溴活性因子的共同作用使高硫石油焦表现出较强的汞吸附脱除能力,可作为燃煤烟气喷射脱汞吸附剂。     

ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析,X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附,pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加,10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢,300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明,25 ℃时,吸附时间为300 min,pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997, K_L =1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895, K_F=0.918 L·mg-1, n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据,Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k₂=0.367 g·mg-1·min-1),Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k₁=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程(R2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。     

纳米硫化锌吸附脱除单质汞的实验研究

在固定床吸附实验台上研究了N_2气氛下纳米硫化锌(Nano-ZnS)对单质汞的吸附脱除特性,分析了锌硫比(Zn:S)和干燥温度等制备条件以及反应床温度对其脱汞效果的影响,并和活性炭的脱汞性能进行对比。结果表明:锌硫比和干燥温度对吸附剂的脱汞性能影响很大,锌硫比为1:0.98,干燥温度为160℃时制备出的纳米硫化锌的脱汞性能最佳;纳米硫化锌对汞的吸附以化学吸附为主,在200℃左右,吸附作用最强;与商业活性炭相比,纳米硫化锌具有更优秀的汞吸附能力以及吸附速率。     

改性煤基活性炭对燃煤烟气中汞的脱除

本文以无烟煤为前驱体,采用KOH活化法制备了煤基活性炭,并以NH4I为改性剂对活性炭进行改性,用于燃煤烟气中汞的脱除。实验研究了负载的NH4I的质量分数、烟气温度以及烟气成分对改性活性炭脱汞性能的影响。研究结果表明,最佳的NH4I负载质量分数为0.07;在80~180℃的温度范围内,随着温度的升高,活性炭的脱汞效率逐渐降低。烟气中的O2、CO2、NO、HCl等组分对改性后的活性炭的脱汞效率具有一定的促进作用,SO2则有明显的抑制作用;但由于改性活性炭具有较好的抗硫效果,当烟气中含有微量的SO2时,活性炭的平均脱汞效率仍可达到87.95%。采用热再生法对改性活性炭进行再生,结果表明,400℃下再生的活性炭的脱汞率为95.82%,但随着再生次数的增加,活性炭脱汞效率不断降低。     

原子吸收光谱法比较研究3种不同改性吸附剂对Cr(Ⅵ)离子的吸附

从吸附时间、pH值、吸附剂加入量、铬离子初始浓度4个方面,通过原子吸收光谱法比较了改性甘蔗渣、改性花生壳和改性梨渣的吸附特性.在铬离子浓度100mg·L-1、吸附剂投量15g·L-1、最佳pH值、吸附时间120min的实验条件下,三者吸附率不同,改性甘蔗渣的吸附率达86.7％以上,改性花生壳吸附率达64.8％,改性梨渣的吸附率达60.8％.3种改性吸附剂对Cr(Ⅵ)离子的吸附均符合Langmuir等温模型,其最大吸附能力分别为23.92、22.09、20.47mg·g-1.准一级反应动力学方程可描述3种改性吸附剂对Cr(Ⅵ)离子的吸附过程.     

燃煤烟气降温过程汞的均相化学反应动力学模拟

本文建立了燃煤烟气冷却过程中汞氧化的均相反应动力学模型,使用化学动力学软件Chemkin4.0.1,通过理论计算考察各种影响汞均相氧化的因素,并对实验电厂的烟气汞氧化过程进行模拟,与实验结果进行对比.模型显示600 K左右为典型燃煤烟气氧化速率最快的温度区间;煤中氯含量近线性增加汞的氧化;烟气中汞的氧化受到动力学控制,因而低的烟气降温速率有利于汞的氧化.对电厂烟气的模拟显示,600 K左右的空气预热器是汞氧化速率最快的区域;而在400 K左右的除尘器中因停留时间长,汞也得到了明显的氧化.均相化学反应动力学模型对电厂汞排放模拟的结果与实验显示了一定的吻合,但模型对大部分电厂汞的氧化预测结果均比实验值偏高,需要进一步完善.     

粉末活性炭对模拟间苯二酚废水的吸附

在静态条件下,研究了粉末活性炭对间苯二酚废水的吸附效果,通过实验优化了吸附条件,并在最佳处理效果下探究其吸附模式。结果表明,当水样pH值为4,温度30℃,活性炭用量0.3g,振荡时间10m in,振荡速率为120r/m in时,对废水的处理效果最佳。拟合得到活性炭吸附间苯二酚的模式符合F reund lich吸附模式。     

纸质活性炭纤维的制备及性能表征

通过KOH活化纸巾制备活性炭纤维, 比表面积高达1388 m²/g. 用制得的活性炭纤维作为吸附剂进行亚甲基蓝吸附实验研究,用Langmuir和Freundlich吸附模型分析实验数据,并研究pH值对活性炭纤维吸附亚甲基蓝影响. 活性炭纤维吸附速率更适于Pseudo-second-order动力学模型,相关系数高达0.998. 整个浓度变化区间Langmuir吸附等温线比Freundlich吸附等温线更适合实验数据. 所制备活性炭纤维对亚甲基蓝最大平衡吸附量为520 mg/g,实验发现,pH值越高活性炭纤维对亚甲基蓝吸附量越大.     

氧化铝表面水蒸气吸附相变及其动力学特性研究

为了探讨气固界面吸附特性,采用实验研究和理论分析相结合的方法获取了水蒸气在氧化铝表面吸附的动力学及等温吸附曲线,结合Zeta等温吸附模型及统计速率理论,明晰了吸附过程中的团簇分布,确定了吸附相变及润湿转变条件。结果表明:在低压比区,吸附界面由零吸附单元及单分子团簇组成。随着压比的增大,小分子团簇减少,大分子团簇增加。当压比达到某一特定值,所有类型团簇出现概率相等,吸附熵达到极大值,界面开始发生相变。当压比增加至1.15时,液固界面代替气固界面,润湿所需的过冷度为2.1 K。中压比区吸附速率随压比变化不大,当压比增加至0.7时,吸附速率增大,且达到吸附平衡的时间更长。理论计算得到的吸附动力学曲线与实验测量值吻合很好。     

研究界面多相吸附动力学的一个新方法——表面增强喇曼散射方法

提出利用表面增强喇曼散射(SERS)效应研究化学吸附动力学,给出了理论模型和实验方法。研究了结晶紫(CV)和对氨基苯甲酸(PABA)在银镜及银胶表面吸附。发现在银镜和银胶表面上,CV的吸附是匀相的,PABA则是多相的;表面形态的差异不影响表面多相因子和脱附速率常数(K_d=0),只对吸附速率常数有影响。讨论了表面多相因子的意义。 关键词：     

液溴改性非碳基吸附剂对单质汞吸附的实验研究

为了获得性能高效的非碳基吸附剂脱除燃煤烟气中排放的Hg,采用液溴浸渍的方法,对吸附剂进行了改性。通过固定床和沉降炉吸附实验,发现高岭土、沸石和石灰石改性后对单质汞的吸附能力有较大提高。改性后的吸附能力提高的原因在于化学吸附的增强。     

分光光度法研究粉煤灰对亚甲基蓝的吸附及其机理研究

以龙岩雁石火电厂粉煤灰对亚甲基蓝进行吸附实验,探讨了改性粉煤灰、粉煤灰用量、吸附时间、温度对亚甲基蓝吸附的影响。当粉煤灰投加量为4g/L,亚甲基蓝浓度15mg/L,常温条件下,在60min左右,亚甲基蓝降解率达到了98%以上。结果表明,利用粉煤灰处理亚甲基蓝,具有处理效果好、简单,经济等特点。利用Freundlich等温式和Langmuir等温式对其吸附行为进行描述,表明粉煤灰易于吸附亚甲基蓝,吸附属于化学吸附;用颗粒内扩散方程和准二级吸附动力学方程对实验数据进行回归分析,更好地描述亚甲基蓝在粉煤灰上的吸附。准二级吸附动力学方程能够反映亚甲基蓝在粉煤灰上的吸附机理,准二级吸附速率常数k2=0.5758g/(mg.min)。本研究为粉煤灰处理印染废水提供了理论依据和实践依据。     

高效脱汞吸附剂的脱汞机理研究

将廉价的生物质竹炭进行KI化学改性,在小型实验台架上研究了改性竹炭的的汞脱除性能,并对改性前后的样品进行了XPS表征和热分析以研究表面官能团在改性过程中的转化规律和脱汞机理。结果表明:碘化学改性竹炭具有超强的脱汞能力,改性后竹炭具有更多的利于脱汞的官能团,其主要靠化学吸附脱汞。     

纳米硫化铜烟气脱汞及其机理研究

本研究采用沉淀法制备纳米硫化铜(nano-CuS),并评价了其汞吸附性能。nano-CuS最佳脱汞反应温度为75℃,适用于在FGD和WESP区间内喷射脱汞,避免高浓度酸性气体(SO_2、NO)对脱汞性能的干扰.在N_2,N_2+4%O_2、以及模拟烟气条件下,nano-CuS的吸附容量和吸附速率达到89.43～122.40 mg·g~(-1)及11.93～13.56μg·g~(-1)·min~(-1),与文献报道的金属硫化物吸附剂相比至少高一个量级。通过汞程序升温脱附实验和系统的表征发现,nano-CuS中的硫以多态的形式存在,特别是多硫的含量明显高于文献报道的金属硫化物吸附剂。除此之外,由于铜与汞之间的强相互作用,铜活性位点同样参与到了气态汞的吸附当中,从而使得nano-CuS具有非常优异的汞吸附能力。该研究不仅可以为多硫汞吸附剂的简单化制备提供思路,还提供了一种有潜力的非炭基汞吸附剂。     

典型炭材料微观结构及SO2吸附机理研究

采用SEM和低温氮吸附方法研究了碳纳米管和活性炭的表面微观形貌及孔隙结构,通过固定床研究了炭材料SO₂吸附机理。研究结果表明:活性炭大孔直接暴露于表面,中孔和微孔分布于大孔内部,"聚合"是碳纳米管的重要特征;椰壳活性炭是微孔型吸附剂,煤基活性炭孔隙主要由微孔和大孔组成,碳纳米管氮吸附有明显的毛细凝聚现象,中孔和大孔是其孔隙主要组成;活性炭SO₂吸附过程受物理吸附控制,碳纳米管SO₂吸附不同于活性炭,同时受到物理吸附和化学吸附控制;孔径小于0.7 mm的微孔是炭材料SO₂吸附的主要场所。     

溴化铜改性硅藻土脱汞性能的实验研究

采用溴化铜(CuBr2)对三种硅藻土(Dia)进行改性得到脱汞吸附剂(CuBr2-Dia1、CuBr2-Dia2、CuBr2-Dia3),在固定床实验装置上研究了所制备的吸附剂的脱汞性能,并研究了不同温度和烟气组分对CuBr2-Dia3脱汞效率的影响.实验结果表明,改性后三种硅藻土的脱汞性能都有显著提高,以CuBr2-Dia3的脱汞效率最高.在纯氮气下CuBr2-Dia3的最佳脱汞温度为140℃.所吸附的汞至少存在两种形态,并且具有很好的热稳定性.O2和HCl共同作用可以提高CuBr2-Dia3的脱汞性能。NO也具有很强的促进作用.在纯氮气下加入0.03%NO后,CuBr2-Dia3的脱汞效率由原来的92.5%提高到96.0%。SO2具有明显的抑制作用,0.12%SO2能将其脱汞效率降低到59.7%,而加入4%O2和0.03%NO后,其脱汞效率又恢复到原来的水平。     

对氨基苯甲酸分子在银表面多相吸附及氯离子影响的SERS研究

研究对氨基苯甲酸(PABA)在银表面上的吸附动力学过程以及氯离子对其的影响,发现PABA在银表面上呈多相吸附。与匀相吸附的情况相似,表面形态的差异较大地改变吸附速率常数,而对多相因子的影响不明显。氯离子的竞争吸附改变PABA吸附的多相性质,随着氯离子浓度的增加,PABA分子从多相吸附逐渐转变为匀相吸附。根据吸附等温线估算了PABA的吸附能,U≈-9.6kJ/mol。结果分析进一步证实:化学吸附时多相吸附意味着表面上存在非单一的吸附形式。 关键词：     

活性炭吸附甲醛的格子Boltzmann模拟

基于孔隙尺度,结合活性炭与甲醛的真实物性参数,利用格子Boltzmann方法,选取热质耦合的LBGK模型对填充有球形活性炭的方腔内部双扩散混合对流、流固共轭传热及吸附特性进行数值模拟。分别采用二维D2Q9模型描述速度温度场,D2Q5模型描述浓度场,研究活性炭颗粒直径、孔隙率以及颗粒的排列方式对整个动态吸附性能的影响。结果表明：在孔隙率为0.85时,随着颗粒直径的增大,活性炭吸附甲醛的速率减小,达到饱和吸附状态所需的时间增长;当直径为0.43 mm时活性炭的吸附速率最大,达到饱和状态的时间最短;活性炭颗粒的吸附速率与达到吸附饱和所需的时间几乎与孔隙率无关;与活性炭颗粒的错列与顺列排列方式相比,随机且不粘连排列方式的动态吸附性能更好。