固体吸附剂在脱除烟气中气态汞的应用.docVIP

固体吸附剂在脱除烟气中气态汞的应用 环境科学 20052402549 王琼 摘要：通过仔细查阅了几篇2004－2007年的相关文献，我综述了现阶段煤基吸附剂脱除烟气中汞的基本情况，重点介绍了飞灰炭与改性活性炭的研究现状。飞灰炭脱汞效果要比活性炭差，较高的飞灰烧失率、大量的中孔结构、表面有大量的含氧官能团和无机成分（S、Cl）对飞灰炭吸附汞有利；改性活性炭主要由含Cl 或S 的物质进行改性，并且分别介绍了它们各自脱汞的特征。还分析了烟气中极性气体对脱汞的影响。 关键词：脱汞； 改性； 飞灰炭； 活性炭 中国的能源结构主要以煤为主，目前国内煤的消耗量每年都有大幅度的增加。煤中含有大量有毒有害的微量元素，例如汞就是一种危害极大的元素之一。从上个世纪90 年代开始，燃煤燃烧过程中产生汞的危害就已经引起了许多国家的关注，各国专家学者正在积极进行研究如何防止燃煤中的汞污染。采用固体吸附剂来吸附燃煤烟气中气态汞是研究比较多的一种方法。主要包括钙基吸附剂、沸石材料、二氧化钛吸附剂、煤基吸附剂等，其中又以煤基材料吸附剂研究的居多。研究比较多的煤基吸附剂主要是飞灰炭和煤基活性炭（AC）2 种。部分学者用它们进行吸附脱汞的研究，发现这2 种材料都有一定的脱汞作用，但是其机理还没形成统一的意见。 1 煤基吸附剂脱汞的研究 1.1 飞灰炭对汞的吸附 烟气中不易脱除的汞主要是Hg0，而且现行的脱除方法经济性不好，因此，各国学者都在寻求一种高效、成本低廉的脱除方法。David J.Hassett等[1]研究了汞在飞灰中的吸附，发现煤燃烧产生的飞灰含有不同结构的碳，而且它们对汞的吸附能力不同。高飞灰烧失率（loss- on- ignition）的飞灰炭对汞吸附效果最好， 中等飞灰烧失率（LOI）对汞的吸附很快达到饱和。产生这种现象可能与飞灰中的含碳量有关。具有高LOI 的飞灰炭增加了汞与炭结合的机会，所以脱汞效率增加。王立刚等从飞灰中分离出来的残炭对汞的吸附进行了研究，通过比较不同汞浓度在残碳上的吸附发现，汞在低浓度区（0.05~1.2mg/m3）时，飞灰中的碳对汞的吸附在理论上是可行的。WiliamJ.O’Dowd 等研究飞灰中的残碳对气态汞的吸附影响，在很低的LOI 情况下，脱汞效率很低，然而，在高LOI 情况下，布袋除尘器里飞灰将对脱汞产生很大影响。这与彭苏萍[2]研究的飞灰烧失率对脱汞的影响一致。也有人认为大量中孔结构的吸附材料能极大提高脱汞效率。M. MercedesMaroto- Valer 等对未活化的飞灰炭与活化的飞灰炭进行了对比实验，结果是未活化的飞灰炭要比活化的飞灰炭更具有吸附汞的能力，前者是后者的15 倍，但是经过活化的飞灰炭具有很高的比表面积。主要原因是活化过后的飞灰炭的表面含氧官能团和卤素在活化的过程中被释放除去，使炭表面的活性位大大减少，降低了脱汞效率。这说明炭表面活性位的存在对脱汞效率有极大的影响，因此，在研究脱汞吸附剂时，应该对其表面性质进行深入的思考，进一步弄清楚汞在炭表面的吸附机理，为固体吸附剂对气体的吸附理论提供更多的支持。在有O2 存在下，飞灰炭吸附Hg0 的量会增加，NO2 也有这种促进作用，富含S 的飞灰粒子对Hg0 的吸附也有利。王立刚等通过实验认为飞灰残碳中的C=O 基团对汞的吸附有利，它能氧化汞然后使汞吸附在C 上。总的来说，较高的LOI、大量的中孔结构、表面有大量的含氧官能团和无机成分（S、Cl）对飞灰炭吸附汞有利。飞灰虽然对汞有吸附效果，但是效果要比普通AC 差。而且它的用途目前还远远没有AC 范围广，只是处于研究阶段，因此，它的应用潜力需要进一步挖掘。 1.2 煤基活性炭对汞的吸附 煤基活性炭是目前应用最为广泛的一类活性炭，由于它的原料丰富，价格低廉，所以各国对煤基活性炭需求远远大于其它类型的活性炭。在目前脱汞用的活性炭中，大多以煤基活性炭为主。未经表面处理的活性炭对汞的吸附效果不是很好，一般只能在30%左右。在140℃的烟气中，当汞的浓度达到110μg/m3 时，普通AC 对汞的吸附量约为10μg/g[8]。这是因为汞在碳上的表面张力和接触角较大，不利于炭对汞的吸附，所以要求在炭表面引进活性位，大多做法是将普通活性炭进行表面处理，常用的改性剂是含S、I、Cl 等元素的化合物或单质，也有人用过硫醇和含氮高聚物来改性。在这方面国内外学者都做了大量实验，期望能解释改性后的炭与汞的吸附机理，但是，到目前为止，并没有形成一致的意见，不过大家都认为经过S、I、Cl 元素改性后的活性炭能极大提高脱汞效率。 1.2.1 浸S 活性炭 M. Antonia Lopez- Anto’n通过对未浸渍过S 与浸渍S 的活性炭吸附汞的效果比较，发现在燃烧过后的烟气中未浸渍S 的