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。     

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。     

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。     

电厂烟气汞脱除技术

随着电厂烟气粉尘、SO_2、NO_x和Hg等污染物的排放控制限值越来越严格,电厂烟气的净化研究已成为最热门的研究问题之一。汞的剧毒性使得烟气汞的脱除日益引起重视,烟气脱汞技术的关键是元素汞的高效转化与脱除。在烟气脱汞技术中,活性炭喷射是较为成熟的技术,但其成本高昂;烟气飞灰对汞有一定的吸附作用,通过改性可提高其吸附性能;高级氧化,特别是光催化技术日益引起重视,钛基、铋基等光催化剂在低温条件下有良好的脱汞效率,成为烟气汞氧化减排的重要方向。成本适宜、不额外增加实施场地要求,结合现有烟气净化设备的优化运行,实现SO_2、NO_x、Hg等多种污染物联合脱除技术是电厂烟气汞净化的研究和工业化应用的方向,其中的科学问题是推动烟气净化技术研究发展和应用的源泉。     

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。     

水蒸气和α-Fe_2O_3对铈改性半焦脱除单质汞的影响研究

采用浸渍法制备了铈改性半焦吸附剂(Ce/SC),在小型固定床反应器上考察了水蒸气和α-Fe_2O_3对Ce/SC脱除Hg~0性能的影响,并利用X射线衍射、H2程序升温还原、X射线光电子能谱等分析手段对其机理进行了探究。结果表明,水蒸气会明显抑制Ce/SC对单质汞的脱除效率,原因是H_2O分子在活性组分CeO_2表面发生解离,部分晶格氧转化成Ce-OH官能团,从而导致其氧化活性的降低;α-Fe_2O_3的加入对Ce/SC的脱汞性能无显著影响;当水蒸气和α-Fe_2O_3同时存在时,Ce/SC的脱汞效率虽然有所降低,但是其降低幅度明显低于水蒸气单独作用时的情况,这主要是因为水蒸气与α-Fe_2O_3作用增加了其表面化学吸附氧的含量,提高了α-Fe_2O_3的氧化活性,促进单质汞的氧化和脱除。     

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。     

煤燃烧中的汞转化模型和数值模拟

煤燃烧中汞高温下以单质形式存在，在烟道里随着温度降低，单质汞部分转化为二价汞，并再有部分汞吸附在灰渣中而被除尘设备收集，减少了环境的汞污染。针对煤燃烧汞的转化过程，用动力学模型和吸附模型结合来描述汞的转化机理，并用数值模拟方法研究了煤中氯的质量分数、烟气降温速率、烟气停留时间等因素的影响。结果表明，煤中氯的质量分数为0.08×10－6以上，烟气停留6s以上时，可以使汞的吸附率达到40％以上。对汞转化模型，用一组580MJ/h燃烧系统150℃烟道温度数据进行了验证，结果证实试验数据与计算数据能较好相符，模型具有一定的可靠性。     

循环流化床燃煤锅炉中的汞迁移研究

采用美国环保署颁布的吸附剂吸附汞采样方法30B(USEPA 40 CFR Part 60 30B)采集燃煤烟气中汞。选择一循环流化床燃煤机组进行现场采样,吸附剂吸附烟囱处烟气中的汞、入炉煤样、锅炉底灰、静电除尘器飞灰等样品同时采集。对该机组中汞质量平衡率进行衡算,通过汞质量平衡率说明了汞采样方法的准确性和有效性。评价了汞在飞灰、底灰和烟气中的分布,循环流化床锅炉底灰中对脱汞的贡献率仅0.55%,飞灰脱除汞的效率高达83.37%,剩余的16.08%的汞排放入大气环境,表明循环流化床机组是有效控制汞的清洁煤燃烧技术。     

烟气中多环芳烃吸附脱除的研究

针对热电厂烟气中排放的多环芳烃（PAHs）污染物，在实验室规模上研究了六种吸附剂对烟气中典型的PAHs, 如萘（Nap）、芴（Flu）、菲（Phe）的吸附脱除行为。考察了吸附剂结构特征与Nap，Flu，Phe高温脱除的相关性，并对煤质活性炭（AC-1）在160 ℃～200 ℃下的吸附等温线进行了研究。结果表明，吸附剂对PAHs的吸附能力与其结构参数中BET表面积和微孔体积具有紧密相关性，而与中孔体积没有明显关系；活性炭表现出很好的脱除烟气中PAHs的作用；吸附剂对PAHs的吸附能力随着PAHs的质量分数增大而增大，随吸附温度的增加而减小；随着PAHs的碳原子数和芳环数增加，其在吸附剂上的吸附能力也增强。     

Evaluation of the impact of H2O, O2, and SO2 on postcombustion CO2 capture in metal-organic frameworks

Molecular modeling methods are used to estimate the influence of impurity species: water, O(2), and SO(2) in flue gas mixtures present in postcombustion CO(2) capture using a metal organic framework, HKUST-1, as a model sorbent material. Coordinated and uncoordinated water effects on CO(2) capture are analyzed. Increase of CO(2) adsorption is observed for both cases, which can be attributed to the enhanced binding energy between CO(2) and HKUST-1 due to the introduction of a small amount of water. Density functional theory calculations indicate that the binding energy between CO(2) and HKUST-1 with coordinated water is ~1 kcal/mol higher than that without coordinated water. It is found that the improvement of CO(2)/N(2) selectivity induced by coordinated water may mainly be attributed to the increased CO(2) adsorption on the hydrated HKUST-1. On the other hand, the enhanced selectivity induced by uncoordinated water in the flue gas mixture can be explained on the basis of the competition of adsorption sites between water and CO(2) (N(2)). At low pressures, a significant CO(2)/N(2) selectivity increase is due to the increase of CO(2) adsorption and decrease of N(2) adsorption as a consequence of competition of adsorption sites between water and N(2). However, with more water molecules adsorbed at higher pressures, the competition between water and CO(2) leads to the decrease of CO(2) adsorption capacity. Therefore, high pressure operation should be avoided in HKUST-1 sorbents for CO(2) capture. In addition, the effects of O(2) and SO(2) on CO(2) capture in HKUST-1 are investigated: The CO(2)/N(2) selectivity does not change much even with relatively high concentrations of O(2) in the flue gas (up to 8%). A slightly lower CO(2)/N(2) selectivity of a CO(2)/N(2)/H(2)O/SO(2) mixture is observed compared with that in a CO(2)/N(2)/H(2)O mixture, especially at high pressures, due to the strong SO(2) binding with HKUST-1.     

Efficient CO2 capture on low-cost silica gel modified by polyethyleneimine

In this work,a series of polyethyleneimine(PEI) functionalized commercial silica gel were prepared by wet impregnation method and used as CO 2 sorbent.The as-prepared sorbents were characterized by N 2 adsorption,FT-IR and SEM techniques.CO 2 capture was tested in a fixed bed reactor using a simulated flue gas containing 15.1% CO 2 in a temperature range of 25-100 C.The effects of sorption temperature and amine content on CO 2 uptake of the adsorbents were investigated.The silica gel with a 30 wt% PEI loading manifested the largest CO 2 uptake of 93.4 mg CO 2 /g adsorbent(equal to 311.3 mg CO 2 /g PEI) among the tested sorbents under the conditions of 15.1%(v/v) CO 2 in N 2 at 75 C and atmospheric pressure.Moreover,it was rather low-cost.In addition,the PEI-impregnated silica gel exhibited stable adsorption-desorption behavior during 5 consecutive test cycles.These results suggest that the PEI-impregnated silica gel is a promising and cost-effective sorbent for CO 2 capture from flue gas and other stationary sources with low CO 2 concentration.     

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。     

SO2和NO浓度对TiO2-硅酸铝纤维脱除元素汞的影响

使用溶胶凝胶法制备了TiO₂-硅酸铝纤维纳米复合材料。使用此复合材料在波长为253.7 nm的紫外光照射下脱除模拟烟气中的元素汞,实验研究了SO₂和NO浓度对光催化脱汞的影响以及温度对脱汞率的影响。结果表明,常温时烟气中SO₂浓度对光催化脱汞表现出促进作用,当SO₂浓度为1 200 μg/m³时脱汞率最高可达93%。NO浓度对光催化脱汞表现出抑制作用,随着NO浓度的增加脱汞率逐渐降低。高温时SO₂和NO浓度对光催化脱汞的作用规律与常温时相似。随着模拟烟气温度的升高,脱汞率逐渐减低,升高温度对光催化脱汞表现出抑制作用。     

SO2和NO在Na-γ-Al2O3上吸附行为的研究

利用吸附曲线和漫反射红外光谱（DRIFTS）研究了150 ℃SO2和NO在Na-γ-Al2O3上的吸附行为。吸附实验在固定床反应器内进行,原料气体积组成为NO (0.1％)、 SO2 (0.51％)、O2 (4.5％)、Ar平衡。研究表明,150 ℃不论气相中是否有氧,Na-γ-Al2O3均能单独吸附SO2或NO,Na-γ-Al2O3单独吸附SO2时,观察不到有SO42-生成,Na-γ- Al2O3单独吸附NO时,NO吸附量较少,有微量NO2（或表面硝酸盐）生成;Na-γ- Al2O3均能同时吸附SO2和NO,SO2和NO在Na-γ- Al2O3上吸附时相互作用,NO促进SO2氧化生成SO42-,SO2吸附量增加,SO2促进NO氧化转化,SO2也促使NO2脱附。气相氧促进了SO2和NO在Na-γ- Al2O3上的吸附以及SO2和NO的相互作用。     

CaO高温吸附捕集CO2-制备CaO的钙基前驱体材料筛选

价格低廉的CaO材料在高温下能高效吸附捕集CO2气体,被认为是碳减排的有效方法之一．然而,CaO长时间循环碳酸化／煅烧解吸后,其CO2的化学吸附容量下降,稳定性较差,限制了该材料的工业应用．本文采用天然钙源（牡蛎壳和方解石等）和化学试剂（醋酸钙）为钙基前驱材料制备CaO．采用扫描电子显微镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）和氮气吸附仪等手段对制备的CaO材料进行形貌和物理结构的分析表征;在高温和模拟的烟道气氛条件下（10％C02和90％N2）,采用热重分析仪测量CaO吸附CO2的能力和长时间循环碳酸化／煅烧解吸后的稳定性．我们经过与目前所报道的其他钙基吸附材料进行比较,并结合钙基前驱材料的市场价格,发现CaO（醋酸钙）的CO2吸附能力和稳定性较为理想,醋酸钙在高温烟气捕碳方面具有非常好的应用前景．