载银活性炭纤维汞吸附和热脱附的研究
  • 【DOI】

    10.7666/d.d072346

  • 【摘要】

    燃煤电厂烟气汞的排放控制是目前国际上一大研究热点。控制燃煤烟气汞的排放,有效的方法是利用吸附剂吸附,这就需要一种高效、低成本的汞吸附剂,这种符合要求的新型烟气汞吸附剂的研究开发已成为一个新兴的热门课题。
       采用银氨溶液浸渍法对活性炭纤维进行载银,以载银活性炭纤维为气态汞吸附剂,测定了吸附剂的汞饱和吸附量,研究了汞吸附性能及其影响因素、热脱附再生性能、吸附-脱附循环中汞吸附性能的衰减规律... 展开>>
    燃煤电厂烟气汞的排放控制是目前国际上一大研究热点。控制燃煤烟气汞的排放,有效的方法是利用吸附剂吸附,这就需要一种高效、低成本的汞吸附剂,这种符合要求的新型烟气汞吸附剂的研究开发已成为一个新兴的热门课题。
       采用银氨溶液浸渍法对活性炭纤维进行载银,以载银活性炭纤维为气态汞吸附剂,测定了吸附剂的汞饱和吸附量,研究了汞吸附性能及其影响因素、热脱附再生性能、吸附-脱附循环中汞吸附性能的衰减规律,分析了载银活性炭纤维用于烟气脱汞的可行性和经济性。同时,为与载银活性炭纤维比较,对活性炭纤维汞吸附和热脱附也进行了较为详尽的研究。
       1、采用片状吸附体方式分别对载银活性炭纤维和活性炭纤维的汞饱和吸附容量进行了测定。70℃下载银活性炭纤维(载银量14.07%)汞饱和吸附容量为192.3mg/g,活性炭纤维汞饱和吸附容量为29.4mg/g,分别为普通活性炭的48~192倍和7~29倍。载银活性炭纤维汞饱和吸附容量为活性炭纤维的6.54倍,说明活性炭纤维经载银后能显著提高其汞吸附性能。
       2、采用筒状吸附体方式研究了载银活性炭纤维和活性炭纤维的汞吸附性能及影响因素。载银活性炭纤维和活性炭纤维的汞吸附性能均受吸附温度、停留时间、H2O(g)的影响。对于载银活性炭纤维,吸附温度升高,汞吸附效率降低;汞浓度为5263.5μg/m3、停留时间均为0.1s时,140℃下汞吸附效率在0~60min和60~300min内分别比70℃时低约35个百分点和20个百分点;停留时间延长,汞吸附效率增加;H2O(g)的存在有利于汞吸附,但H2O(g)含量过高又使汞吸附效率略有降低。对于活性炭纤维,吸附温度升高,汞吸附效率先增加后降低;汞浓度为5263.5μg/m3、停留时间均为0.1s时,90℃下汞吸附效率在0~20min、20~45min、45~300min三个时间段内分别比70℃下高约15个百分点、10个百分点和3个百分点,140℃时汞吸附效率在0~55min和55~300min内分别比90℃时低约12个百分点和5个百分点;延长停留时间和添加H2O(g)对汞吸附均有利。
       3、载银活性炭纤维汞吸附性能优于活性炭纤维。当汞浓度为5263.5μg/m3、
       停留时间均为0.1s时,70℃下载银活性炭纤维汞吸附效率在0~20min、20~80min、80~300min三个时间段内分别比活性炭纤维高出约27个百分点、40个百分点和24个百分点,90℃下均添加体积分数7%H2O(g)情况下载银活性炭纤维汞吸附效率在0~20min、20~55min、55~300min三个时间段内分别高出活性炭纤维约14个百分点、26个百分点和12百分点。
       4、采用扫描电镜分析了吸汞载银活性炭纤维和吸汞活性炭纤维上汞的形态及分布特征。载银活性炭纤维的银主要以银原子薄层分布于活性炭纤维上,也有微米级和亚微米级金属银粒子散布于活性炭纤维上;汞只吸附在含银活性点上,与银粒子结合生成银汞齐后,吸汞前形状不规则的银粒子变成形状较规则的银汞齐颗粒,且主要分布于活性炭纤维微晶的晶棱交界处。活性炭纤维吸附的汞有三种形态,即不规则状微米级灰暗色颗粒、连片分布的亚微米级灰暗色颗粒、形如“爆米花”的微米级白色颗粒。前两者占绝大多数,为物理吸附的汞,后者很少,为化学吸附生成的氧化汞。
       5、载银活性炭纤维和活性炭纤维两者的汞吸附机理有很大不同。汞在活性炭纤维上的吸附呈多分子吸附,符合BET多分子吸附理论。由于活性炭纤维表面力场的不规则,多分子汞颗粒呈现不规则状不规则形状。对于载银活性炭纤维,由于银与汞有很强的结合力,故汞全部吸附在活性炭纤维的银活性位上,没有银的地方未见汞吸附。
       6、载银活性炭纤维的汞吸附过程可以分为4个阶段:外扩散、选择性吸附、银汞相溶并汞齐化、再吸附。活性炭纤维的汞吸附过程可分为3个阶段:外扩散、内扩散、表面吸附。载银活性炭纤维和活性炭纤维的汞吸附过程可能都属内扩散控制。
       7、采用热重分析与扫描电镜分析相结合的方法研究了载银活性炭纤维和活性炭纤维汞饱和后的热脱附特性。对于汞饱和载银活性炭纤维,汞脱附发生在100℃~650℃温度范围内,且450℃后脱附速率大大加快,在70min内从50℃升温至650℃,汞脱附率为85.74%。因吸附汞而富集于晶棱交界处的银,经热脱附后变成均匀弥散于活性炭纤维表面的亚微米级和纳米级球状银颗粒,仅有少量微米级颗粒可能残有未脱附的汞。对于汞饱和活性炭纤维,汞脱附发生在100℃~230℃温度范围内,在40min内从50℃升温至350℃,汞脱附率为69.93%;物理吸附的金属汞易于脱附,氧化汞难以脱附,且在热脱附过程中有金属汞向氧化汞的转化。
       8、在筒状吸附体的汞吸附–热脱附循环实验中,载银活性炭纤维的汞吸附性
       能衰减程度低。在汞浓度为5263.5μg/m3、停留时间均为0.1s、吸附温度70℃下,循环实验至第5次时,在300min内的汞吸附效率比第1次时平均低约6个百分点;H2O(g)的存在能抑制汞吸附–热脱附再生循环中汞吸附性能的衰减。
       9、设计了一套由6个相同脱汞单元组成的多层格式吸附脱汞装置,预算脱汞运行成本仅为1.1~1.3万元/千克,约为活性炭喷射法的1/30,且兼有节能和环保等特点,发展和应用前景广阔,为解决吸附法脱汞成本高的难题指明了一个发展方向。 载银活性炭纤维 收起<<

  • 【作者】

    况敏 

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    宁波大学

  • 【导师姓名】

    杨国华

  • 【学位年度】

    2008

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    燃煤电厂  烟气排放  汞吸附剂  载银活性炭纤维