氧化石墨烯(GO)及复合物制备及其对汞吸附特性的研究

以石墨粉(G)为原料,通过化学方法制备了氧化石墨烯(GO)、纳米Fe_3O_4负载石墨烯复合材料(MGO)、纳米Ag颗粒修饰磁性氧化石墨烯(GO-Ag/MGO-Ag)四种吸附材料,对材料进行了表征并考察了氧化石墨烯及其复合物对烟气中汞的吸附作用。研究表明四种石墨烯基吸附剂可被成功合成和表征;GO在100-150℃时对Hg~0表现出优异的吸附性能,Ag-NPs修饰GO能有效提升吸附剂对汞的吸附能力,MGO-Ag复合吸附剂对汞的吸附能力最佳;MGOAg在150~200℃时表现出优异的汞吸附能力,在反复循环之后吸附性能几乎不变;以MGO-Ag为代表的可再生磁性石墨烯基复合吸附剂在中低温条件下对Hg~0具有优异的吸附性能,且能有效与飞灰进行分离,具有良好的工业应用前景。     

H_2O和SO_2对汞在MnO_2表面吸附影响的机理研究

MnO_2是一种备受关注的低温SCR脱硝催化剂的活性组分材料,其不仅对NO_x具有强催化还原作用,而且能够把烟气中的单质汞(Hg~0)催化氧化为易脱除的氧化态汞。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了H_2O和SO_2在MnO_2表面的吸附机理,并分析其对Hg~0吸附的影响机制.结果表明,H_2O主要吸附在MnO_2(110)表面的Mn_5 top位,而Hg~0主要吸附在O_(br)bridge上,因此H_2O与Hg~0在MnO_2表面不会发生竞争吸附;SO_2能稳定的吸附在MnO_2(110)表面O_(br)bridge或者hollow位上,且SO_2的吸附能小于Hg~0的吸附能,故SO_2会与Hg~0竞争吸附,从而对Hg~0在MnO_2上的吸附产生不利影响。     

改性壳聚糖吸附剂表征及脱除Hg~0的实验研究

应用VM3000在线测汞仪作为检测手段,在固定床实验台架上,用碘、硫酸和盐酸改性壳聚糖为吸附剂进行脱汞(Hg~0)实验研究。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对吸附剂进行性能表征。结果表明,碘化钾、硫酸(盐酸)和壳聚糖中的氨基发生了化学反应。质子化的壳聚糖更利于吸附碘这一对Hg~0有吸附力的活性位,壳聚糖吸附剂上碘等活性位的存在形态是其脱除汞的关键因素;单质碘改性壳聚糖吸附剂并不能有效地脱除Hg~0;KI和H_2SO_4改性壳聚糖吸附剂120 min内的汞容积量达200μg/g,其初始时刻的最大脱汞效率可达100%。     

低温等离子体注入定向Hg氧化实验研究

燃煤烟气汞脱除的核心是单质汞(Hg~0)的高效氧化。本文基于低温等离子体技术,系统研究了放电电压、自由基源气体组成、烟气温度及烟气组分对氯自由基(Cl)注入强化氧化Hg~0的影响,结果发现降低注入点烟气温度、增加Cl注入量以及烟气中的NO均有利于Hg~0氧化,最佳放电电压的选取则与自由基源气体组成密切相关,一定条件下,注入极少量C_(12)(19 mg/m~3)即可获得97.9%的Hg~0氧化率。     

通透结构泡沫硒化铜原位构筑及烟气脱汞研究

燃煤烟气汞的大量排放对公众健康和生态系统造成了严重威胁,开发新型高效脱汞技术和材料对汞污染防治具有重要意义。本文采用原位硒化方法制备了泡沫硒化铜(Cu-hs),与采用水热法制备的泡沫硒化铜(Cu-hd-1和Cu-hd-12)相比,Cu-hs具有更优的单质汞(Hg⁰)吸附性能。Cu-hs具有良好的抗H₂O和SO₂干扰能力,O₂对Cu-hs吸附Hg⁰有一定的促进作用,而HCl的存在对Hg⁰吸附没有明显影响。Cu-hs表面的汞饱和吸附量为3743 g/m³(约为15 mg/g),显著高于目前文献中报道的活性炭的饱和吸附量,具有很好的燃煤烟气脱汞应用潜力。     

SCR气氛下CuO-CeO_2/TiO_2催化剂对汞的催化氧化

采用溶胶一凝胶法合成了CuO-CeO_2/TiO_2(CuCeTi)催化剂,并采用BET,XRD,XPS等分析手段对催化剂进行了表征。在固定床实验装置上研究了低温SCR气氛下催化剂对单质汞(Hg~0)的催化氧化。结果表明;SCR气氛(NO+NH_3+4%O_2)下CuCeTi催化剂可以促进Hg~0的氧化。200℃,NO与NH_3体积分数均为0.1%,空塔气速(GHSV)高达54000 h~(-1)时,CuCeTi催化剂上Hg~0的氧化效率仍可高达99%;SCR气氛可以抑制CuCeTi催化剂上Hg~0的氧化,且NO与NH_3的浓度越高,抑制作用越强,但这种抑制作用随GHSV的降低可以得到缓解甚至消除。CuCeTi催化剂在SCR气氛下具有良好的汞氧化活性与稳定性,应用该SCR催化剂有望实现燃煤烟气中NO_x与Hg~0的协同控制。     

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。     

α/γ-Fe_2O_3和H_2S对Hg~0脱除机理的实验研究

在不同的反应温度下,选用α-Fe_2O_3或γ-Fe_2O_3为吸附剂,使用VM3000在线测汞仪测定出口Hg~0浓度,研究了气化过程中烟气成分H_2S气体存在下,α-Fe_2O_3或γ-Fe_2O_3和Hg~0的反应机理。实验结果表明,α-Fe_2O_3或γ-Fe_2O_3对汞转化有关键作用;H_2S和α-Fe_2O_3或γ-Fe_2O_3对Hg~0的脱除,非均相反应占主导作用,反应机理为Eley-Rideal机理,即气体H_2S先吸附至氧化铁表面生成中间物质S_(ad),然后再与气态Hg~0发生反应。     

煅烧石油焦脱除烟气中Hg0密度泛函理论研究

石油焦作为碳基吸附剂脱除燃煤烟气中Hg~0的研究近年来得到发展,本文建立了表征煅烧石油焦表面的四碳环并噻吩饱和簇模型,运用量子化学密度泛函理论B3LYP-D3方法,基于6-31g(d)/lanl2dz混合基组水平,从微观层面研究了煅烧石油焦吸附Hg~0的机理,同时计算了Hg在煅烧石油焦上的吸附能及Mayer键级,并分析了石油焦中噻吩硫在脱汞中的作用。研究结果表明,Hg~0在煅烧石油焦上的吸附以物理吸附为主,噻吩硫对Hg~0的吸附有促进作用。量子化学理论计算是研究煅烧石油焦吸附剂脱除Hg~0机理的一种有效方法。     

Cr,Ag共掺杂ZnS纳米材料的制备及其对活性染料的吸附性能

通过水热法制备了纤锌矿ZnS∶Cr,Ag共掺杂纳米材料,考察了不同反应时间以及不同Cr和Ag掺杂比例对ZnS纳米材料光学性能的影响。分别采用荧光分光光度计、红外光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对Cr和Ag共掺杂ZnS纳米材料的光学性能和结构等进行了表征,探讨了ZnS∶Cr, Ag共掺杂纳米材料分别对甲基紫(MV)、丁基罗丹明B(BRB),四氯四溴荧光素(TCTBF)以及曙红B(EB)四种活性染料的吸附性能。结果表明,Cr3+和Ag+取代和嵌入到了Zn2+的位置,掺入到了ZnS的晶格中。由光学表征和扫描电镜(SEM)发现,掺杂后ZnS纳米材料的光学性能和形貌发生了改变。掺入Cr和Ag后,使得Zn纳米材料的荧光强度降低,且其形貌较规则,表面蓬松,呈绒球形状。当反应时间为12 h,Cr和Ag掺杂比例分别为1%时,掺杂ZnS纳米材料的形貌和光学性能最佳。运用N₂等温吸脱附分析技术计算了Cr和Ag共掺杂ZnS材料的比表面积和孔径分布,将其用于对MV,BRB,TCTBF以及EB四种活性染料的吸附研究,并分别从吸附时间、温度、pH值等因素考察了掺杂ZnS对几种活性染料吸附性能的影响,得出了Cr和Ag共掺杂ZnS材料在pH 7,室温下,分别经9,11,9和9 h吸附时间后对四种活性染料的吸附效果达到最佳。     

Cr,Ag共掺杂ZnS纳米材料的制备及其对活性染料的吸附性能（英文）

通过水热法制备了纤锌矿ZnS∶Cr,Ag共掺杂纳米材料,考察了不同反应时间以及不同Cr和Ag掺杂比例对ZnS纳米材料光学性能的影响。分别采用荧光分光光度计、红外光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对Cr和Ag共掺杂ZnS纳米材料的光学性能和结构等进行了表征,探讨了ZnS∶Cr,Ag共掺杂纳米材料分别对甲基紫(MV)、丁基罗丹明B(BRB),四氯四溴荧光素(TCTBF)以及曙红B(EB)四种活性染料的吸附性能。结果表明,Cr3+和Ag+取代和嵌入到了Zn2+的位置,掺入到了ZnS的晶格中。由光学表征和扫描电镜(SEM)发现,掺杂后ZnS纳米材料的光学性能和形貌发生了改变。掺入Cr和Ag后,使得Zn纳米材料的荧光强度降低,且其形貌较规则,表面蓬松,呈绒球形状。当反应时间为12h,Cr和Ag掺杂比例分别为1%时,掺杂ZnS纳米材料的形貌和光学性能最佳。运用N2等温吸脱附分析技术计算了Cr和Ag共掺杂ZnS材料的比表面积和孔径分布,将其用于对MV,BRB,TCTBF以及EB四种活性染料的吸附研究,并分别从吸附时间、温度、pH值等因素考察了掺杂ZnS对几种活性染料吸附性能的影响,得出了Cr和Ag共掺杂ZnS材料在pH 7,室温下,分别经9,11,9和9h吸附时间后对四种活性染料的吸附效果达到最佳。     

硒化铜修饰海绵烟气脱汞研究

在气相元素汞(Hg0)吸附剂的设计和生产中,如何获得性能和经济性之间的平衡是最大的挑战.本文设计了一种化学镀偶联原位硒化方法,开发了硒化铜修饰商用聚氨酯海绵(Cu2Se/PUS)吸附材料,用于燃煤烟气脱汞.Cu2Se/PUS具有优异的Hg0吸附性能,海绵的物理结构特征以及Cu2Se前驱体用量对其吸附性能均没有明显影响;Cu2Se/PUS具有良好的抗H2O和SO2干扰能力,O2对Cu2Se/PUS的Hg0吸附能力具有一定的促进作用,NO存在时会与Hg0产生竞争吸附,抑制Hg0的吸附脱除.本研究不仅为燃煤烟气Hg0的脱除提供了有效的吸附材料,也为海绵在环境修复中的应用提供了通用的功能化策略.     

WFGD系统中pH对Hg~(2+)还原释放机理的实验研究

湿法脱硫系统对燃煤电站烟气中的Hg~(2+)具有良好的脱除作用,但Hg~(2+)在脱硫系统内会被还原变为Hg~0再次释放,造成汞的二次污染。本文系统研究了不同pH值条件下,温度、SO_3~(2-)浓度以及O_2浓度对Hg~(2+)的还原再释放的影响。实验结果表明:相同pH值条件下,温度的升高会极大地促进Hg~(2+)的还原释放,溶液中SO_3~(2-)离子浓度的增大会与Hg~(2+)反应生成Hg(SO_3)_2~(2-)从而抑制了Hg~(2+)的还原;pH降低会造成配合物HgSO_3的质子化,促进Hg~0的再释放。O_2的存在会破坏Hg(SO_3)_2~(2-)的稳定性,并且O_2浓度越高这种破坏作用越明显,从而增强Hg~(2+)的还原再释放。同时,在较高pH值环境下,溶液中SO_4~(2-)含量较高进而抑制Hg~(2+)的释放。     

铈锰负载钛基柱撑黏土脱除单质汞的研究

用膨润土制备钛基柱撑黏土(Ti-PILC),并以之为载体通过浸渍法制得负载型铈锰钛基柱撑黏土(Ce-MnO_x/TiPILC)。采用BET、XRD、XPS等分析方法对材料进行表征,并进行Ce-MnO_x/Ti-PILC材料脱除烟气中单质汞的活性实验。结果表明,6%Ce-6%MnO_x/Ti-PILC具有良好的结构特征和脱汞活性;材料对单质汞的脱除是通过吸附和催化氧化实现的;催化氧化过程遵从Mars-Maessen机制。     

ZnS:Mn,Cu粉末ESR谱和发光特性的分析

本文用电子计算机模拟和拟合的方法分析不同浓度ZnS:Mn,Cu(ZnS:Mn)粉末的电子自旋共振(ESR)谱,从获得的有关Mn²⁺离子中心类型及其分布的信息,说明ZnS:Mn,Cu交流电致发光亮度对浓度的依赖关系(最高亮度对应大约0.7%g/g的Mn浓度),探讨材料制备过程中灼烧温度和冷却方式等条件的影响。     

退火对ZnS纳米晶结构相变及发光的影响

采用共沉淀法制备了ZnS及ZnS：Eu纳米晶粉末,并对其在不同温度进行了退火处理。通过X射线粉末衍射(XRD)技术及差热分析实验(DTA)对ZnS纳米粒子在退火过程中的从立方到六角晶相的结构相变进行了研究。实验结果表明,同体材料相比,由于ZnS纳米晶具有较大的表面活性,其相变温度大大降低了。在由纳米粉末退火制备的样品中,观察到峰值位于460nm和520nm的两个发光带。前者是ZnS的自激活发光;后者归因于纳米晶制备过程中引入的缺陷或者在退火过程中形成了杂质能级。在退火温度低于800℃条件下,由纳米粒子制备的样品和由商用生粉制备的荧光粉相比较,前者的发光明显较强。铕的掺杂并没有形成新的发光中心,但却极大的增强了ZnS的缺陷发光。     

溴化物对燃煤烟气中汞的均相与非均相氧化动力学研究

本文建立了溴化物对燃煤烟气中汞的均相与非均相氧化动力学模型,并模拟了烟气中不同HBr浓度、降温速率及未燃尽炭直径条件下汞的形态分布。结果表明多相模拟预测结果与实验数据吻合较好,敏感性分析显示溴对汞均相氧化的主要反应通道是Hg~0+Br_2(?)HgBr_2;溴对汞非均相氧化的主要反应通道是StBr(s)+Hg~0(?)StHgBr(s)。HBr浓度一定的条件下,随着未燃尽炭直径的减小,汞的氧化率增加。     

ZnS:Mn量子点作磷光探针定量检测微量汞

以巯基丙酸(MPA)为稳定剂,合成了锰掺杂硫化锌(ZnS:Mn)量子点。由于汞离子对ZnS:Mn量子点的磷光有很强的猝灭作用,应用MPA修饰的ZnS:Mn量子点作磷光探针,定量检测水相中的微量汞离子。相对于荧光,磷光的寿命长、选择性好,没有荧光和散射光的干扰。在优化的实验条件下,当汞离子的浓度在1.0×10~(-5)~1.0×10~(-3)mol·L~(-1)范围内时,ZnS:Mn量子点的△P/P与汞离子浓度之间的关系符合Stem-Volmer方程,其线性相关系数为0.998 8。回收率为85.2%~106.1%,相对标准偏差为3.46%,检出限为9.7×10~(-6)mol·L~(-1)。讨论了量子点磷光的猝灭机理,研究了常见金属离子的干扰作用,选择合适的掩蔽剂,可以有效地消除干扰离子的影响。     

用电子自旋共振波谱研究ZnS:Mn结构相变的对数直线法

本文提出用电子自旋共振(ESR)波谱的对数直线法确定ZnS:Mn的结构相变温度,在研究微量掺杂离子影响ZnS微晶结构相变温度的实验分析中取得满意的结果,克服了X射线衍射对Mn²⁺浓度在10^-3—10^-6g/g范围内ZnS相变温度不能区分的困难。     

氮掺杂碳量子点的合成及作为荧光探针对Hg~(2+)的检测

与传统量子点相比,碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料,由于其良好的生物相容性、易于表面功能化、低毒性等优点受到了广泛关注。采用柠檬酸为碳源,氨水为氮源,热解法制备出水溶性好的氮掺杂碳量子点(NCDs)。透射电镜(TEM)观察NCDs的粒径在3nm左右;X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FIIR)证明NCDs的表面被羧基、氨基、羟基、羰基等官能团功能化,说明NCDs有很好的水溶性。研究还发现Hg~(2+)对NCDs的荧光有良好的猝灭作用,可作为荧光探针检测水中Hg~(2+)含量。在PBS缓冲液中(0.1mol·L~(-1) pH 7.0),NCDs的荧光猝灭率(F/F0)与汞离子浓度在0.001~0.1μmol·L~(-1)之间存在良好的线性关系,检出限为2.1nmol·L~(-1)。该方法灵敏度高、选择性好、方法简便,可应用于Hg~(2+)快速、灵敏的检测。