镁基吸附材料的制备工艺优化及其烟气脱硫性能研究.docxVIP

镁基吸附材料的制备工艺优化及其烟气脱硫性能研究

一、引言

（一）研究背景与意义

随着工业的迅速发展和能源消耗的持续增长，煤炭作为主要能源之一，在燃烧过程中会释放出大量的污染物，其中二氧化硫（SO_2）是最为突出的污染物之一。燃煤烟气中的SO_2排放会引发一系列严重的环境问题，如酸雨的形成。酸雨会对土壤、水体、森林和建筑物等造成严重的损害，影响生态平衡和人类的生活质量。相关数据显示，我国因酸雨造成的经济损失每年高达数百亿元。同时，SO_2还会对人体健康产生危害，刺激呼吸道，引发呼吸系统疾病，对人们的生命健康构成威胁。因此，燃煤烟气脱硫已成为环境保护领域中亟待解决的关键问题。

目前，常见的燃煤烟气脱硫技术主要包括湿法、干法和半干法等。湿法脱硫技术虽然脱硫效率较高，但存在设备腐蚀严重、产生大量废水等问题，需要耗费大量的资金和资源进行设备维护和废水处理；半干法脱硫技术在一定程度上克服了湿法脱硫的一些缺点，但仍存在脱硫效率不够高、脱硫剂利用率低等问题；干法脱硫技术因其具有占地面积小、投资运行费用低、无废水排放等优点，受到了广泛的关注和研究。

镁砂吸附剂作为一种潜在的干法脱硫吸附剂，具有独特的优势。镁砂的主要成分是氧化镁（MgO），其化学性质较为活泼，能够与SO_2发生化学反应，从而实现脱硫的目的。与其他金属氧化物相比，镁砂具有来源广泛、价格相对较低的特点。我国镁资源丰富，辽宁大石桥等地拥有大量的镁砂矿产资源，这为镁砂吸附剂的制备提供了充足的原料保障，能够有效降低脱硫成本。同时，镁砂吸附剂在脱硫过程中具有较好的吸附性能和反应活性，有望实现高效脱硫。因此，开发以镁砂为原料的低成本、高活性吸附剂，对于推动干法脱硫技术的发展，解决燃煤烟气脱硫问题具有重要的工程价值和现实意义。

（二）国内外研究现状

在金属氧化物脱硫技术领域，氧化铜、铁系、钙系等金属氧化物都曾被广泛研究和应用。氧化铜基脱硫剂具有较高的脱硫活性，但成本相对较高，且在再生过程中容易出现烧结现象，导致活性降低；铁系脱硫剂虽然价格较为低廉，但脱硫效率和硫容相对较低，难以满足实际工程的需求；钙系脱硫剂如石灰石/石膏法是目前应用较为广泛的脱硫技术之一，但其存在脱硫产物处理困难、易造成二次污染等问题。

氧化镁基吸附剂作为一种新兴的脱硫材料，近年来受到了越来越多的关注。国内外学者对其进行了大量的研究，取得了一定的成果。研究表明，氧化镁基吸附剂在干法脱硫中具有较好的应用前景，其能够在相对较低的温度下与SO_2发生反应，生成亚硫酸镁和硫酸镁等产物。然而，目前的研究中仍存在一些关键问题亟待解决。其中，硫容偏低是一个较为突出的问题，这限制了吸附剂的使用寿命和脱硫效率。一些研究通过添加助剂、改变制备工艺等方法来提高吸附剂的硫容，但效果仍有待进一步提升。此外，吸附剂的再生效率也是一个重要的研究方向。在实际应用中，吸附剂需要进行多次再生循环使用，以降低成本。然而，现有的再生方法往往存在再生效率不高、再生过程复杂等问题，影响了吸附剂的实际应用效果。因此，深入研究镁砂吸附剂的制备工艺和脱硫性能，提高其硫容和再生效率，对于推动氧化镁基吸附剂的工业化应用具有重要的意义。

二、镁砂吸附剂制备工艺与优化

（一）原料选择与预处理

原料特性分析：本研究选用辽宁大石桥的天然镁砂作为主要原料。辽宁大石桥地区拥有丰富的镁矿资源，所产镁砂具有独特的优势。从化学组成来看，其主要成分是氧化镁（MgO），含量较高，一般可达90%以上，这为制备高性能的镁砂吸附剂提供了坚实的物质基础。同时，镁砂中还含有少量的SiO_2、CaO、Fe_2O_3等杂质成分，这些杂质在一定程度上会影响镁砂的性质和吸附剂的性能，但通过合理的预处理和工艺控制，可以降低其不利影响。

从矿物结构角度分析，镁砂主晶相为方镁石，常呈立方体、八面体或不规则粒状，具有较为稳定的晶体结构。其晶体内部存在一定的晶格缺陷和位错，这些微观结构特征赋予了镁砂较高的表面能，使其易于进行物理化学反应，具备良好的活性，有利于在脱硫过程中与SO_2发生反应。而且，辽宁大石桥天然镁砂资源丰富，价格相对较低，这使得以其为原料制备吸附剂具有显著的成本优势，能够在大规模工业应用中降低生产成本，提高经济效益。

在辅料选择方面，选用硅酸钠（Na_2SiO_3）和氯化钙（CaCl_2）作为辅料。硅酸钠在吸附剂制备过程中起着重要的粘结作用。它能够与镁砂颗粒相互作用，形成一种网络结构，将镁砂颗粒紧密地结合在一起，从而提高吸附剂的成型性能和机械强度。同时，硅酸钠还可以在一定程度上调节吸附剂的孔隙结构，增加吸附剂的比表面积，提高其吸附性能。氯化钙的加入则主要是为了与硅酸钠发生化学反应，生成硅酸钙（CaSiO_3）沉淀。硅酸钙的形成有助于进一步增强吸附剂的结构稳定性，并且能够改善吸附剂的表面性质，使其更有利于对