膨润土-壳聚糖及其改性吸附剂脱除燃烧烟气中Hg0的性能研究

应用VM3000在线测汞仪作为检测手段,在固定床实验台架上,以改性膨润土 壳聚糖为吸附剂进行脱汞(Hg⁰)实验研究。采用N₂吸附/脱附、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析仪对吸附剂进行表征。分析发现改性后吸附剂的孔隙和比表面积降低;碘离子进入了膨润土的内部,碘、硫酸和壳聚糖中的氨基发生了化学反应。脱汞实验表明,负载壳聚糖的膨润土吸附剂表现出较膨润土差的脱汞效果,证明膨润土负载壳聚糖脱除气态中单质汞的机理和液相中二价汞的机理不同。经碘改性后,各吸附剂均可不同程度地提高其脱汞效率,且以碘改性膨润土的脱汞效果最好;碘改性吸附剂中添加适量的硫酸后,膨润土负载壳聚糖吸附剂的脱汞效率从85%提高至100%,因与膨润土负载壳聚糖不同的物理化学特性,碘和硫酸改性的膨润土的脱汞效率则降低。     

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。     

制备方法对MnOx鄄TiO2吸附剂脱汞及抗硫性能的影响

针对燃煤烟气中单质汞(Hg⁰)不溶于水很难去除和锰基吸附剂抗硫能力差的问题,以浸渍法、溶胶鄄凝胶法和沉积鄄沉淀法等三种方法制备MnO_x 鄄TiO₂ 为吸附剂,在固定床实验台架上考察了制备方法对MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂Hg⁰ 吸附量和抗硫性能的影响;利用N₂ 吸附/ 脱附、TG鄄DSC、XRD、TEM、H2鄄TPR 和XPS 等手段对吸附剂进行表征。结果表明,制备方法对MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂的脱汞活性影响颇大;沉积鄄沉淀法制备的MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂具有较高的Hg0 吸附量和抗硫能力。吸附剂的BET 比表面积高低与其脱汞活性无直接相关性;与浸渍法和溶胶鄄凝胶法相比,沉积鄄沉淀法制备的MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂不但可以增强其还原性和MnO_x分散度,而且还会显著提高吸附剂表面Mn⁴⁺/Mn 的比率和表面化学吸附态氧含量,进而增强吸附剂的脱汞活性和抗硫性能。     

GMMT复合材料的制备及吸附性能研究

采用直接插层法对钠基膨润土进行改性,制备了明胶/膨润土(简称GMMT)复合材料;研究了明胶插层复合改性膨润土的工艺条件;通过测定明胶插层复合前后膨润土的比表面积等的变化,探讨了GMMT复合材料的吸附性能.     

两种有机物改性膨润土对Cu2+和Zn2+的吸附-解吸研究

选用天然有机物料(猪粪降解液)和有机化学试剂[十六烷基三甲基溴化胺(HDTMA)]对钠基膨润土进行表面改性,比较了膨润土对两类有机物的吸附特性,以及两种有机物改性膨润土对Cu2+、Zn2+吸附-解吸性能的差异。结果表明,膨润土对HDTMA和猪粪降解液是优惠吸附,且前者最大吸附量为382.4mg/g,是后者的4.19倍。HDTMA改性膨润土对Cu2+、Zn2+的最大吸附量均大于猪粪降解液改性膨润土,前者分别为后者的1.12倍(Cu2+)和1.09倍(Zn2+),且两种吸附剂对Cu2+的最大吸附量和吸附速率均大于Zn2+。Zn2+在两种改性膨润土上的解吸率均高于Cu2+,且Cu2+、Zn2+在猪粪改性膨润土上的解吸率均要高于在HDTMA改性膨润土的。两种有机物改性的钠基膨润土对重金属离子具有良好的吸附性能,可以用于含重金属废水的处理和重金属污染土壤的钝化修复,而猪粪降解液改性膨润土是环境友好的重金属钝化剂。     

硫化氢对钴改性活性焦脱除煤气中汞的影响机理

采用等体积浸渍煅烧法制备钴改性活性焦(Co-AC),并采用BET、XRD等分析手段进行表征。 利用固定床吸附实验台,研究了模拟煤气(N₂、H₂、CO、H₂S)气氛下汞的吸附特性,重点关注H₂S对汞吸附的影响。 结果表明,5%负载量的Co-AC在120 ℃和H₂S作用下具有优异的脱汞能力,2 h内平均脱汞效率高达97.8%。 此外基于密度泛函理论,首先计算了H₂S、HS及S在Co₃O₄(110)表面的吸附能及键长,通过比较H—S键键长的变化得出H₂S会逐步解离成HS与S,然后将优化后的S-Co₃O₄(110)作为Hg的吸附基底,研究其吸附特性,得出Hg与S反应生成稳定的HgS,吸附能为-3.503 eV,证明了汞的吸附遵循Eley-Rideal机制。 Co-AC吸附剂在高温下脱汞性能受到极大的抑制,因为随吸附温度升高,表面活性硫的减少及硫和汞的反应平衡常数下降显著,导致汞的脱除能力下降。 本文采用了实验加模拟的手段,探明了H₂S存在时Hg⁰在钴基吸附剂表面的反应机理,为协同脱除煤气中的H₂S和Hg⁰提供了理论指导。     

树枝状大分子PAMAM合成及对蒙脱土插层改性和应用研究

有机阳离子改性蒙脱土已广泛应用于聚合物改性制备高性能聚合物。本文合成了不同代数G0(零代)、G2(二代)的树枝状大分子聚酰胺-胺(PAMAM),同时对G0、G2代PAMAM进行了季铵化改性,得到了PAMAM季铵盐,进一步用PAMAM季铵盐插层改性钠基蒙脱土(Na+-MMT)得到了PAMAM季铵盐改性蒙脱土(PAMAM/MMT)。XRD分析表明,PAMAM季铵盐己与Na+-MMT中的Na+进行了离子交换,同时提出了G0、G2代PAMAM季铵盐对MMT的双分子和单分子插层模型。进一步研究了PAMAM/MMT对聚碳酸酯(PC)的流变性能的影响规律,结果表明PAMAM/MMT可明显降低聚碳酸酯熔融剪切粘度,有利于提高其加工性能。     

阳离子改性蒙脱土及对活性翠蓝K-GL染料的吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)作为有机改性剂对钠基蒙脱土(MMT)进行改性得到阳离子化有机改性蒙脱土(CTMAB-MMT)。X-Ray衍射结果表明,随CTMAB用量的增加,MMT的层间距增加。以CTMABMMT为吸附剂,研究了其对活性翠蓝K-GL染料的吸附性能,结果表明,CTMAB-MMT对染料的吸附容量随CTMAB用量的增加或吸附温度的提高而增大;在弱酸性条件下CTMAB-MMT的吸附容量明显优于碱性条件;随着吸附时间的延长,CTMAB-MMT对染料的吸附容增加,一定时间后趋向于平衡。     

MnOx-TiO2吸附剂对燃煤烟气中汞的脱除

以锐钛矿型TiO_2为载体,采用浸渍法对其进行MnO_x改性制备脱汞吸附剂,探究了负载量、焙烧温度、反应温度及烟气组分等参数对吸附剂脱汞性能的影响。利用N_2吸附-脱附、TG/DTG、XRD、FT-IR、Hg-TPD、XPS等方法对吸附剂的理化性质进行了表征。结果表明,Mn的最佳负载量为12%,最佳焙烧温度和反应温度分别为450和300℃,在实验条件下MnO_x-TiO_2吸附剂可达到的最佳脱汞效率为98.46%。烟气中少量的O_2及微量的HCl对吸附剂的脱汞有较强的促进作用;SO_2对吸附剂的脱汞有较强的抑制作用,SO_2与Hg~0存在的竞争吸附作用以及脱汞反应中产生的硫酸盐覆盖活性位点表面,是导致脱汞效率下降的主要原因。烟气中的CO_2和NO也会对汞的脱除产生轻微的抑制作用。负载在吸附剂上的MnO_x存在Mn~(4+)、Mn~(3+)两种价态,其中,Mn~(4+)将Hg~0氧化为Hg~(2+),自身被还原为Mn~(3+)。结合实验和分析结果发现,Hg~0的吸附和氧化基本遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机理。     

均苯三甲酸改性凹凸棒石对水中Hg(Ⅱ)的吸附研究

以硅烷偶联剂KH550和均苯三甲酸(BTC)对凹凸棒石(ATP)进行改性作为重金属离子的吸附剂,研究了其对水溶液中Hg(Ⅱ)的吸附性能。采用FT-IR、SEM等对改性前后的凹凸棒石进行表征;研究了溶液的pH值、时间和温度等因素对Hg(Ⅱ)吸附特性的影响,并对Hg(Ⅱ)的吸附过程进行动力学和热力学分析。研究表明,改性凹凸棒石对Hg(Ⅱ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附容量为143.68mg/g。改性凹凸棒石对Hg(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程。此外,均苯三甲酸改性凹凸棒石是可重复使用的,在5次再生实验后依然保持着良好的吸附能力。这些结果表明,均苯三甲酸改性凹凸棒石是一种高效的Hg(Ⅱ)吸附材料。     

负载Mn的Fe基MOFs脱汞剂烟气脱汞研究

基于Fe基金属有机骨架（MOFS）作为载体,采用浸渍法制备了负载6% Mn的Mn/MIL-100（Fe）脱汞剂。在模拟烟气中,搭建固定床研究了Mn/MIF-100（Fe）脱除单质汞（Hg⁰）性能。采用X射线衍射分析（XRD）、X射线电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附（BET）和热重分析（TGA）对材料进行表征。研究表明,Mn/MIF-100（Fe）脱除单质汞（Hg⁰）效率较高,在250℃,空速（GHSV）为180000h^-1时,脱汞（Hg⁰）效率达82%以上。Mn/MIF-100（Fe）主要的脱汞机理是催化氧化,Mn的负载促进了汞的吸附,并随着烟气温度的提高,单质汞的氧化效率逐渐提高。O₂和NO促进汞的脱除,SO₂和NH₃抑制汞的脱除。Mn/MIL-100（Fe）整体上对复杂烟气的适应能力强。     

Ce-Co/KIT-6介孔材料的制备及其脱汞性能的研究

以P123表面活性剂为模板,采用硬模板法制备了有序介孔材料KIT-6,以KIT-6为载体,Ce(NO_3)_2·6H_2O和Co(NO_3)_2·6H_2O为Ce和Co源,采用溶液浸渍法制备了负载型Ce-Co/KIT-6介孔材料。在模拟烟气条件下,利用固定床实验台架研究了Ce-Co/KIT-6材料对烟气中的单质汞(Hg0)的脱除性能。采用扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附(BET)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)以及热重分析(TGA)等方法对材料进行表征。结果表明,Ce和Co在KIT-6孔道内部高度分散,同时材料保持高度有序的孔道结构、比表面积高达495.2 m~2/g,孔径4.6 nm。脱汞实验结果表明,Ce-Co/KIT-6对Hg0的氧化吸附去除效率很高,250℃下对Hg0的氧化吸附去除效率高达95%以上,在这个过程中,O_2的存在明显促进了催化剂的脱汞能力。氧通过Ce-Co价态的变化进入金属结构中,再与汞发生反应是这个过程的主要机理。     

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。     

复杂烟气条件下太西活性焦脱除Hg0的实验研究

为了解复杂烟气条件下活性焦吸附剂的脱汞特性,利用汞渗透管和主要气体成分模拟复杂烟气,在实验室规模的固态吸附剂汞吸附效能测定系统上,进行了太西活性焦吸附单质汞的实验研究,并采用FT-IR对活性焦表面进行了光谱表征。结果表明,在活性焦表面存在各种含氧官能团;在CO₂/N₂/O₂/SO₂/Hg⁰烟气体系中,当SO₂加入量为400、855、1 520 mL/m³时,出口汞浓度分别为36、43、48 μg/m³,SO₂对系统吸附Hg⁰的能力有抑制作用;在CO₂/N₂/O₂/NO/Hg⁰烟气体系中,较低浓度的NO对Hg⁰脱除有抑制作用,而高浓度值的NO抑制作用减弱;在CO₂/N₂/O₂/NO/SO₂/Hg⁰烟气体系下,提高NO浓度对Hg⁰脱除有一定的促进作用,而提高SO₂浓度初期促进汞的脱除,后期则表现为抑制作用。     

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。     

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。     

KMnO4溶液改性半焦对烟气中气态Hg0的吸附性能研究

在小型固定床实验台上利用半焦及其KMnO₄溶液改性样品进行气态Hg⁰吸附实验。结果表明,在低温时原料半焦对气态Hg⁰具有良好的吸附性能,升温则使其吸附性能迅速降低;经高锰酸钾溶液浸渍处理后,改性半焦在高温140 ℃时吸附性能明显提高,对浸渍样品在250 ℃进行热处理可使其吸附性能进一步提高。BET结果表明,原料半焦具有较发达的微孔结构,改性处理使微孔比例下降,孔隙结构发达程度降低;XPS测试表明,改性半焦表面的汞主要以氧化态(Hg²⁺)形式存在,高价锰化合物(KMnO₄、K₂MnO₄、MnO₂)是主要的氧化活性物质。