赤泥化学组分对燃煤烟气汞的脱除

发布时间：2020-04-28 09:01

【摘要】：汞作为一种全球性的污染物。因具有远距离传输性、剧毒性、污染持久性和生物累积性,已引起广泛关注。我国的人为汞排放源主要为燃煤烟气排放,其控制方法是利用燃煤电厂现有污染物脱除设备进行汞及多种污染物的联合脱除。如利用除尘设备前后喷入吸附剂,将烟气中的汞吸附脱除。其中,活性炭喷射(ACI)是一种典型方法,但对低阶煤种的适应性不佳。因此,设计开发出廉价、脱汞活性高的吸附剂以替代传统活性炭具有重要的意义。拜耳法赤泥是氧化铝生产过程的固体废渣,其富含氧化铁等多种组分,通过对赤泥进行修饰改性应用于脱汞研究已经有报道。然而由于赤泥组成和结构复杂,限制了脱汞机理的认识。本文选取了赤泥中含量最大的氧化铁、氧化铝和二氧化硅制备Fe/Al-SiO_2(FAS)系列吸附剂,并负载赤泥中少量组分MgO、CaO、TiO_2得到吸附剂MCT/FAS。通过模拟赤泥的主要化学组分和少量量组分,主要研究了制备条件、反应温度和烟气组分等多种因素对模拟赤泥脱汞效率的影响,同时解释了汞在赤泥表面上的的脱除机理。溶胶-凝胶法制备的复合氧化物FAS具有高比表面积、大孔容和较高的介孔率。复合吸附剂中Fe_2O_3作为脱汞活性组分可为Hg~0的氧化提供晶格氧;SiO_2可改善吸附剂孔道特性从而促进汞的脱除。在100-400°C的温度范围内,FAS的脱汞率随温度的增加呈现先增加后降低的趋势。400°C下煅烧的FAS在反应温度为350°C时3 h平均脱汞率达到94.8%。反应后汞以HgO为主,表明化学吸附和催化氧化在FAS的脱汞过程占据主导地位;Mg、Ca与吸附剂中的部分赤铁矿形成了镁铁矿尖晶石相、钙铁矿及钙镁铁矿,降低了Fe_2O_3的团簇现象,但降低了比表面积和孔容;Ti的添加则形成了无定形TiO_2结构。与FAS吸附剂相比,M/FAS、MC/FAS及MCT/FAS脱汞性能偏低。由XPS表明,三者提供晶格氧能力降低,总O含量也降低,Fe~(3+)氧化性能下降,化学吸附与催化氧化均受到限制;比表面积、孔容的下降使得物理吸附受到抑制。M/FAS、MCT/FAS均在350℃下平均脱汞率分别为60.5%、33.8%。其中M/FAS对温度敏感,300℃及400℃下脱汞率的降幅均大于MCT/FAS。Hg-TPD与XPS分析表明,烟气中O_2、HCl、SO_2与NO对FAS、M/FAS、MC/FAS及MCT/FAS吸附剂脱汞均产生一定影响。模拟烟气中的O_2补充了消耗的晶格氧和化学吸附氧,提高了FAS脱汞性能;HCl、NO以及SO_2均与汞反应生成了相应的汞化合物,促进了Hg~0的氧化;但随着SO_2持续通入,促进作用逐渐被SO_2对FAS的毒化作用抵消,整体上表现为对Hg~0脱除的抑制作用;MCT/FAS会脱除部分NO和SO_2;H_2O会占据MCT/FAS活性吸附位与Hg~0形成竞争吸附,从而造成了脱汞效率的降低。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O647.33;X701

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