气相零价汞催化氧化及二价汞液相吸收、还原过程研究

发布时间：2020-04-28 20:52

【摘要】：汞因其具有持久性、生物累积性和神经毒害作用,目前已经引起了较为广泛的关注。燃煤电厂是大气中主要的汞污染源,并且主要是以零价汞的形式排放,难以被现有除尘及脱硫装置捕集。现有ACI注入法脱汞技术因其较高的操作成本以及对飞灰品质的影响,不利于大规模工业应用。而利用氧化态汞的高溶解度,将零价汞氧化为二价汞,从而提高汞液相溶解能力并与湿法吸收技术相结合,开发基于湿法脱硫工艺的气相氧化-液相吸收联合脱硫脱汞技术将提供一种经济可行的技术途径。因此,本文针对汞的气相氧化结合液相吸收的汞控制技术,进行了系统研究。首先,基于实验室现有钛基催化剂制备技术,考察了利用溶胶凝胶法制备的不同金属掺杂催化剂汞催化氧化性能。通过筛选和优化,制备了一种在150-300℃温窗下氧化效率能达到100%的钻掺杂催化剂。此外,利用XRD、XPS、TEM和TPR等表征手段对催化剂进行了表征,确定催化剂主活性相为C0304。通过研究HCl和02在催化反应中的作用,提出了修正的Mars-Maessen模型,明确了HCl和O2在反应中的历程及对汞氧化的作用。其次,在模拟烟气二价汞吸收实验装置上对钙基湿法、双碱法和氧化镁法脱硫系统的脱汞性能进行了研究,考察了主要气相、液相条件和液相离子对脱汞性能的影响。研究结果显示：三种脱硫系统均显示出了较高的二价汞吸收性能,但汞还原现象也很明显。在吸收液pH值为4.5-5.5之间时,钙基系统中有将近70%汞被还原,而双碱法和氧化镁法也有近30%的还原量。提高吸收液硫酸根离子和氯离子浓度能明显抑制汞的还原。镁离子在钙基脱硫系统和双碱法中显示了不同的汞还原影响作用。NO和02可以提高系统的脱汞效果,而二氧化硫则不利于汞的脱除。最后,我们利用紫外可见分光光谱等表征手段,对镁离子、硫酸根和氯离子的二价汞还原抑制过程进行了研究。实验结果表明：镁离子在钙基脱硫系统中对汞还原的促进是由于在镁离子的作用下CaSO3·0.5H20固体悬浮颗粒表面积增加,从而增加了二价汞还原的活性点位；而在双碱法脱硫系统中,则生成了MgSO30中性离子对,降低了液相活性亚硫酸根含量。硫酸根的加入是由于生成了HgSO3SO42-这一相对稳定的络合物。而对于氯离子,主要是生成了较为稳定的Cl2HgSO32-和ClHgSO3-络合物,并且Cl2HgSO32-的稳定性比ClHgSO3-更强。液相HgSO3的降解是汞还原的限制步骤。硫酸根、氯离子和过量亚硫酸根主要是限制了HgSO3的降解从而实现汞还原的抑制。
【图文】：

地质图,过程图,土壤图,硫化汞

大气中的汞主要来源于两种方式:自然界中的自然排放和人类活动排放。一旦汞进入大气就会在大气中停留很长时间，并进行迁移转化，最终沉降到土壤和水体中，，部分还会进入食物链。图1一1给出了汞在环境中的迁移转化过程。图1一l汞在环境中的迁移和归宿Fig.l一 1TransPortationandfateofmereuryintheatmosPhere在自然界中，汞能以多种形式存在，例如以硫化汞的形式存在于岩石中。这些不同形态的汞经过一系列的自然化学过程(如地壳岩石的风化、火山活动、地热活动及土壤的自然释放)进入大气。另外，水体、植物表面的自然释放及森林火灾也是大气中汞的一个重要来源。天然源释放到大气中的汞主要是Hgo，还有一些二甲基汞、挥发性无机汞化合物等。全球天然汞排放量为2450吨/年，人类活动产生量3540吨/年fl]。天然源释放到大气中的汞有相当一部分是人类源排放沉积下来的汞再释放造成的。因此目前条件下，很难将这一部分与地质源释放的汞区分开来，人类源的再释放占天然源释放总量的比例尚不清楚。

汞污染,世界,分布情况,生活废物

2004)根据1997年美国EPA提交的报告，1994一1995年度美国人为排放的汞总量为158吨，其中89%是由于生活废物和矿石燃料(主要)燃烧所致[2]。图1一1和图1一2分别表示汞在全球的污染状况和各大洲的汞排放情况。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X773

【参考文献】