活性炭催化氧化脱除单质汞的研究

模拟煤气的气氛,在硫化氢（H₂S）和氧气（O₂）存在条件下,对活性炭催化氧化吸附单质汞（Hg⁰）的性能进行了研究。结果表明,H₂S和O₂存在条件下,活性炭对Hg⁰的吸附能力明显提高。在180min内,H₂S和O₂共存气氛下,脱汞效率约为78%;只有H₂S存在下,脱汞效率约为69%;没有H₂S和O₂气氛下活性炭脱汞效率快速下降为28%。随着吸附温度的升高,入口汞浓度的提高和吸附剂粒径的增大,活性炭的脱汞效率会随着下降。通过XRD表征表明,Hg⁰的吸附反应机理是Hg⁰在活性炭催化氧化下与H₂S形成硫化汞（HgS）,从而实现了Hg⁰的稳定化脱除。     

硫化氢对活性炭脱除单质汞的影响

H₂S是煤气中的含硫成分,活性炭能否催化氧化煤气中的H₂S形成活性硫,以促进H₂S和Hg⁰的协同脱除是值得研究的。 本文首先通过程序升温脱附和热力学分析了低温情况下H₂S对活性炭脱除Hg⁰的影响。 在较低吸附温度130 ℃下,H₂S不仅不能作为硫源,还使活性炭对Hg⁰的吸附显著减弱,这主要是由于H₂S对活性炭表面的吸附氧的消耗以及H₂S对含氧官能团的氧的取代反应造成的。 在此基础上,进一步研究了高温下H₂S对活性炭的影响,高温也不能使活性炭有效渗入单质硫。 所以无论低温还是高温情况下,利用H₂S作为硫源使Hg⁰以HgS的形式脱除并不是活性炭脱汞的可行手段。 本文揭示了较宽的温度范围内H₂S对单纯的活性炭脱除Hg⁰的影响机理,能为用于煤气脱汞的活性炭的设计以及作为负载时机理研究提供支持作用。     

基体石墨的孔隙结构及其对单质Ag扩散的影响

高温气冷堆燃料元件的基体石墨是一种多孔复合材料,是燃料元件的主要组成部分,其结构影响燃料元件的性能和裂变产物在燃料元件中的扩散。 本文利用压汞法表征基体石墨的孔隙结构,并讨论了基体石墨制备工艺中最大压制压强与热处理过程对孔隙结构的影响。 结果表明,基体石墨大孔孔径分布为6001900 nm,高温热处理使基体石墨的总孔隙率、中值孔径、大孔孔容均减小;基体石墨热处理样品的大孔孔容随最大压制压强的增加而呈线性减少,热处理过程单质Ag在石墨基体中的扩散速度与大孔孔容变化具有正相关性。     

Mn/Ce掺杂改性半焦对模拟煤气中单质汞的脱除性能研究

制备了Mn改性半焦(Mn-SC)及Mn/Ce掺杂改性半焦(Mn/Ce-SC)吸附剂,在小型固定床吸附反应器上考查了改性半焦对模拟煤气中单质汞的吸附特性,并利用BET比表面积测试、X射线衍射、X射线光电子能谱等手段对半焦吸附剂进行了表征。结果表明,Mn改性后半焦的比表面积、总孔容和平均孔径都有所增加,而Mn/Ce掺杂改性半焦的孔隙结构发达程度有一定程度的降低;Mn_xO_y及Ce_xO_y均以高分散的无定形态存在于半焦表面;Mn/Ce-SC的脱汞效率明显高于Mn-SC和SC,其脱汞性能随吸附温度的升高会有所下降,但总体保持较高的水平。当煤气中有1%的O_2存在时,Mn/Ce-SC表面会发生Ce~(4+)/Ce~(3+)间的氧化还原反应循环,从而将煤气中的气相氧转化为高氧化活性的晶格氧,使Mn/Ce-SC的脱汞效率一直稳定在95%以上,Hg0在Mn/Ce-SC半焦表面的吸附符合Mars-Maessen机制。     

锰改性活性焦脱除合成气中单质汞的影响因素

采用等体积浸渍法制备了Mn改性活性焦吸附剂(Mn-AC),研究了模拟合成气(0.04%H2S、20%CO、30%H2、N2为平衡气体)下Mn-AC对单质汞的吸附特性,并利用BET、XPS、XRD等手段对吸附剂进行表征,分析了还原性气体对吸附剂脱汞性能的影响。结果表明,在模拟合成气气氛下,Mn-AC具有优异的汞脱除能力,200℃下2 h内平均汞脱除率达到84.3%。合成气中,H2S提供了具有脱汞能力的活性硫吸附位(Sad),显著地提高了Mn-AC的高温脱汞能力;H2消耗了吸附剂表面的活性氧,不利于活性硫的生成,CO消耗了生成的活性硫吸附位,两者对汞脱除均有抑制作用。高温下由于活性硫和汞的反应减弱,同时H2的抑制作用加强,吸附剂对单质汞的脱除能力下降。     

纳米氧化锌在模拟煤气下吸附单质汞的实验研究

采用均匀沉淀法制备纳米氧化锌吸附剂,并采用BET、XRD、XPS等分析手段对其进行表征。在固定床吸附实验台上,研究了吸附剂在N₂和模拟煤气气氛下对单质汞的吸附特性,分析气体成分对纳米氧化锌脱汞性能的影响。结果表明,纳米氧化锌在纯N₂气氛下的脱汞效率较低,以物理吸附为主;H₂S的加入可以显著提高纳米氧化锌对汞的吸附,停止通入H₂S后,脱汞效率仍能维持较长时间;CO和H₂通过促进纳米氧化锌脱硫进而促进对汞的脱除。随着温度的提高,纳米氧化锌表面形成的单质硫逐渐减少,抑制了吸附剂对单质汞的吸附脱除。     

活性炭的表面处理对二苯并噻吩催化氧化脱除的影响

将一种木质活性炭经过三种表面处理,即高锰酸钾稀硫酸溶液液相氧化、浓硝酸液相氧化和350℃低温气相氧化处理。实验所选活性炭及相应的表面改性炭使用氮气吸附和Boehm滴定分别进行了结构性质和表面化学表征。研究了所选活性炭和相应的表面改性炭催化过氧化氢氧化脱除二苯并噻吩（DBT）。实验结果表明,活性炭表面化学对二苯并噻吩的氧化脱除影响很大;炭表面化学对DBT吸附脱除的影响不同于对DBT氧化脱除的影响,表面酸性越强越有利于DBT的吸附;表面羰基能加速过氧化氢产生自由基,表面羰基量的增加明显有利于DBT的氧化脱除。活性炭经过热处理后,在二苯并噻吩的氧化脱除中催化活性明显增加,正辛烷溶液中硫的体积质量从0.556g·L-1降到0.009g·L-1。     

溴化铵改性膨润土脱除气态单质汞的特性及机理分析

采用溴化铵对钠基膨润土进行改性制得脱汞吸附剂,在固定床实验装置上对所制备的吸附剂进行脱汞性能测试。脱汞实验结果表明,钠基膨润土较钙基膨润土在脱汞性能上提高不大,而溴化铵改性的钠基膨润土(Br-Ben/Na)脱汞性能得到明显提高,脱汞效率达到97.7%。吸附温度的升高有利于对Hg0的脱除,在140℃下,10%Br-Ben/Na吸附剂的脱汞率能长时间保持在90%以上,说明在此吸附过程中化学吸附占主导性作用。通过N2吸附/脱附、X射线衍射(XRD)、元素分析仪和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析等结果表明,改性后的膨润土比表面积下降,平均孔径增大;铵根离子进入到膨润土的层间置换出层间钠离子,煅烧活化过程中层间的铵根离子并未分解,而在层间与膨润土结合为某吸附活性组分协助Br-与Hg0反应,提高了膨润土的脱汞性能。     

吸汞载银活性炭纤维和吸汞活性炭纤维的热脱附特性研究

70℃下分别对载银活性炭纤维(载银量14.07%)和活性炭纤维的片状吸附体进行气态汞吸附实验,测定出载银活性炭纤维汞饱和吸附量为192.3 mg/g,活性炭纤维汞饱和吸附量为29.4 mg/g,分别为普通活性炭的48倍～192倍和7倍～29倍.采用热重分析法(TGA)研究了两种吸附剂汞饱和后的热脱附再生特性.结果表明,汞饱和载银活性炭纤维的汞脱附发生在100℃～650℃,在70 min内从50℃升温至650℃,才乏脱附率为94.73%;汞饱和活性炭纤维的汞脱附发生在100℃～230℃,在40 min内从50℃升温至350℃ ,汞脱附率为69.93%.扫描电镜分析发现,载银活性炭纤维因吸附汞而富集的银,经热脱附后变成均匀弥散于纤维表面的亚微米级和纳米级球状银颗粒;吸汞活性炭纤维经热脱附后物理吸附汞基本消失,而氧化汞颗粒反而变多,说明物理吸附的汞易于脱附,氧化汞难以脱附,同时在热脱附过程中存在金属汞向氧化汞的转化.     

酸液辅助电化学氧化法脱除单质汞性能研究（英文）

以铂片为阴极,氟掺杂二氧化锡(FTO)玻璃为阳极,提出了一种新型酸液辅助电化学氧化法(AEO)脱除单质汞(Hg⁰)技术,探讨了酸类型、硝酸浓度、外加直流电压、电解质类型、SO₂、NO和O₂对脱汞效率的影响。研究结果表明,随着直流电压和硝酸液浓度的升高,脱汞效率逐渐上升;硝酸浓度增加至0.15 mol/L后,脱汞效率保持不变;SO₂和NO抑制了AEO体系中Hg⁰的去除,但这种抑制是可逆的。与单独实验条件的脱汞效率相比,在0.1 mol/L硝酸、4 V直流电压的实验条件下,电化学氧化脱汞的效率可达96%,硝酸与直流电压的协同作用起关键作用。基于实验结果,分析了AEO系统中脱除Hg⁰的机理：在阳极,Hg⁰被阳极表面氧化反应产生的羟基自由基(·OH)氧化去除;在阴极,溶解性氧或吸附在Pt表面的O₂经还原反应生成阴离子超氧自由基(·O₂^-)。在酸性条件下,电子会促进·O_...     

甲烷在活性炭上吸附平衡模型的研究

比较吸附模型分析甲烷在活性炭上吸附平衡的适用性,为吸附式天然气(ANG)的工程应用提供准确的预测模型。基于在温度268.15～338.15 K、压力0～12.5 MPa测试的甲烷在Ajax活性炭上的吸附平衡数据,选择Langmuir、Langmuir-Freundlich和Toth方程,应用非线性回归拟合方程参数后,确定绝对吸附量和甲烷吸附相态,并比较方程在不同压力区域内的预测精度。结果表明,甲烷吸附相密度随平衡温度和压力变化;由绝对吸附量确定的甲烷在Ajax活性炭上的平均等量吸附热为15.72 kJ/mol,小于由过剩吸附量的标绘结果;Langmuir、Langmuir-Freundlich和Toth方程预测结果在0～0.025 MPa的累积相对误差为6.449 8%、7.918 4%和0.910 0%,在1～10 MPa为0.491 1%、0.161 3%和0.369 4%。Toth方程在整个压力范围内的预测结果最为准确,但Langmuir-Freundlich方程在较高压力区域内具有较高的预测精度。     

甲烷在石墨化热解碳黑和活性炭上的吸附

为研究影响碳基吸附剂吸附超临界温度气体的主要因素,选择石墨化热解碳黑BP280和Ajax活性炭,分析超临界温度高压甲烷在其上的吸附平衡。应用容积法,在压力0~20.5 MPa、温度253 K~313 K测定甲烷的吸附平衡数据,并由等量吸附线标绘和亨利定律常数确定等量吸附热。引入通用吸附等温方程,再由方程的Langmuir标绘确定最大吸附容量,进而通过方程的线性化计算吸附平衡态中甲烷分子的作用能。结果表明,甲烷在两种吸附剂上的最大吸附容量均随温度而变化,并都小于液态甲烷的密度;甲烷在碳黑和活性炭上的等量吸附热分别为11.9 kJ/mol~12.5 kJ/mol和17.5 kJ/mol~22.5 kJ/mol,体现了两种吸附剂不同的表面能量分布;甲烷分子间作用能随吸附量的变化特点反映了超临界温度甲烷以类似于压缩气体状态聚集的特点和吸附剂结构上的差异。碳基吸附剂的比表面积和微孔容积是影响其储存甲烷容量的重要因素。     

生物质焦的表征及其吸附烟气中汞的研究

选用四种生物质即稻杆(RS)、稻壳(RH)、松木屑(WC)和棉花杆(CS)制备了生物质焦,利用N₂吸附/脱附和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪,对制备的生物质焦的孔隙结构和表面化学性质进行了表征,分析生物质种类和制焦条件对生物质焦性质的影响。在固定床汞吸附实验台上研究了生物质焦的脱汞性能。结果表明,随着热解温度的升高,生物质焦的比表面积、微孔容积、分形维数等参数有先增大后减小的趋势。WC600、RS600、RH600均有较好的孔结构特性;热解温度升高,生物质焦表面官能团的数量和种类随之减少。不同生物质制备的焦样表面官能团的数量和种类差异较大。其中,RH600和RS600的表面官能团的种类比较丰富,而且含量相对较多。但WC600和CS600表面的官能团种类和数量都很少。生物质焦的单位汞吸附容量与其分形维数以及微孔容积之间并非简单的依附关系,其吸附能力还受含氧官能团等其他因素的影响。     

Nitrogen adsorption on fluorinated activated carbon fiber

Nitrogen adsorption isotherms for fluorinated activated carbon fiber (F-ACF) and fluorinated carbon black (F-CB) were measured at 77 K. Surface structures of F-ACF and F-CB were examined by _s -plot analysis using the adsorption data on the nonporous carbon black (CB) and F-CB. The surface energy of F-ACF was lower than that of ACF. The micropore structure of ACF was preserved even after fluorination, although the limiting adsorption amount and the micropore width decreased with fluorination.     

活性炭液相吸附去除噻吩硫化物的研究

迄今为止,国内外降低汽油硫含量的方法主要有原料加氢脱硫、汽油加氢脱硫、溶剂抽提脱硫、催化裂化脱硫、氧化脱硫、生物脱硫、吸附脱硫及组合技术,同时一些非常规技术如膜过程脱硫、等离子体和光脱硫也在积极探索之中。     

Correlation of fractal pore-size distribution of activated carbon fiber with its adsorption for low concentration benzene vapor

Fractal pore-size distribution K(x) is given based on J(x) function proposed by Jaronic. Activated carbon fibers (ACF) with different surface areas are characterized by using two functions mentioned above. The present work studies the fractal pore-size distribution of ACF and adsorption isotherms of nonpolar benzene vapor on ACF, and thereby reveals the correlation between them.     

Synthesis of nitrogen doped activated carbon/polyaniline material for CO2 adsorption

The equilibrium adsorption isotherms of carbon dioxide and nitrogen on the nitrogen doped activated carbon (NAC) prepared by the chemical activation of a pine cone‐based char/polyaniline composite were measured using a volumetric technique. CO₂ and N₂ adsorption experiments were done at three different temperatures (298, 308, and 318 K) and pressures up to 16 bar, and correlated with the Langmuir, Freundlich, and Sips models. The Sips isotherm model presented the best fit to the experimental data. The N‐doped adsorbent showed CO₂ and N₂ adsorption capacity of 3.96 mmol·g⁻¹ and 0.86 mmol·g⁻¹, respectively, at 298 K and 1 bar. The selectivity predicted by ideal adsorbed solution theory (IAST) model was achieved 47.17 for NAC at 1 bar and y_N2 = 0.85 which is a composition similar to flue gas. The results showed that NAC adsorbent has a high CO₂‐over‐N₂ selectivity in a binary mixture. The relatively fast sorption rate of CO₂ on NAC compared to N₂ indicates the stronger affinity between CO₂ and amine groups. The isosteric heat of adsorption of CO₂ by the NAC demonstrated the physico‐chemical adsorption of CO₂ on the adsorbent surface. These data showed that prepared NAC could be successfully applied in separation of CO₂ from N₂.     

Bioreduction of ionic mercury from wastewater in a fixed-bed bioreactor with activated carbon

Wide industrial use of mercury led to significant mercury pollution of the environment. It requires development of cleanup technologies which would allow treating large volumes of mercury contaminated water in a cost effective and environmentally friendly way. A novel bio-technology, developed from laboratory to industrial scale in Germany at HZI (former GBF), is based on enzymatic reduction of highly toxic Hg(II) to water-insoluble and relatively non-toxic Hg(0) using live mercury resistant bacteria immobilized on a porous carrier material in a fixed-bed bioreactor. Improvement of the original method was based on the use of activated carbon as a carrier for microorganisms and an adsorbent for mercury. Such integration of the process should increase the technology efficiency. In order to compare different carrier materials, activated carbon and pumice stones were used. The strain Pseudomonas putida was immobilized in bioreactors continuously fed with solutions of HgCl₂ enriched with nutrients. Simultaneously, experiments in two more reactors were run in the absence of microorganisms to investigate the influence of nutrients on the adsorption process. In the bioreactor with activated carbon, the outlet mercury concentration was approximately 50 % of that supplied with pumice. It may be concluded that the use of activated carbon in a fixed-bed bioreactor enables improvement of the technology by process integration. Presented at the 34th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering, Tatranské Matliare, 21–25 May 2007.     

磁性活性炭的制备及其对KMn04的吸附性能

采用浸渍氮气保护焙烧法,以自制碳酸锶、氯化铁和工业活性炭为原料,制备了介孔磁性活性炭．采用红外光谱、N2吸附、X光衍射、振动样品磁强计等手段和以吸附KMnO4作为探针实验,表征了样品的性质和吸附性能．结果表明,磁性活性炭是具有较高微孔率的介孔磁性材料,其微孔率为45．74％．该材料的饱和磁化强度为19．6emu／g,矫顽力为239．7Oe,易于吸附后的磁分离,且具有一定的抗退磁能力．对KMnO4的吸附探针实验表明其吸附本质为物理吸附．Freundlich吸附等温式可描述KMnO4在磁性活性炭上的吸附平衡,准二级动力学方程是描述KMnO4在磁性活性炭上吸附的最佳吸附动力学模型．本研究有望为特种废水处理剂提供新型功能性材料．