铁基吸附剂气相砷吸附特性及基于DFT的反应机理研究
发布时间：2022-02-04 18:23
近年来,砷污染防治已成为全球关注的环境热点问题。其中,燃煤电厂烟气砷排放具有总量大、传播距离广、对人体毒害大等特点而被重点关注。固体吸附剂可以为气态砷化物提供冷凝表面,同时还能对其进行化学吸附,是控制烟气砷排放、缓解砷污染的有效途径。本论文在探索气相砷吸附活性物质的基础上针对性地制备了吸附剂,研究了常规煤粉/富氧燃烧锅炉烟气工况下该吸附剂的工作特性并探讨吸附机理。同时,结合量子化学中密度泛函理论（DFT）的计算方法从微观反应机理角度对铁基吸附剂气相砷吸附进行模拟计算,揭示吸附过程中吸附位点以及吸附能的作用机理以及变化。主要工作如下:（1）从飞灰中主量金属氧化物气相砷吸附的角度出发,考量了飞灰化学成分质量分数前三位的金属氧化物CaO、Fe2O3、Al2O3的气相砷吸附性能。实验发现,在600-900℃的温度范围内,CaO、Fe2O3、Al2O3的固砷量随吸附温度的升高而逐渐降低,其中,Fe2O3的砷吸附性能表现出很好的温度适应性,单位固砷量随温度的变化相对较小。CaO、Fe2O3对气相As2O3的吸附以化学吸附为主,Al2O3的砷吸附以物理吸附为主。反应动力学研究显示,CaO固砷反应级数...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１６年我国能源消费及煤炭消费结构??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｎｅｒｇｙ?ａｎｄ?ｃｏａｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ?ｉｎ?２０１６??
Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｒａｃｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｃｏａｌ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，?ｄａｔａｆｒｏｍ＾＾??１－２中痕量元素从第一类到第三类，挥发性逐渐增强，其中砷属于，即在燃烧过程中几乎全部挥发，并易于富集在细微颗粒上。李玉忠［８１易挥发的元素如砷、砸、汞等在炉膛内部大部分以气态形式存在，尘设备所捕获，会随烟气直接排入大气环境，加之这些元素的毒、污染问题更应引起人们的重视。??国受砷危害影响严重，主要表现为地方性砷中毒，地方性砷中毒分中毒和燃煤型砷中毒Ｍ。其中，燃煤型砷中毒病区分布于贵州、陕为燃煤型砷中毒患者总人数己经明显超过饮水型砷中毒Ｉ９】。过量接体具有毒害作用，会引起细胞死亡，导致肺癌、皮肤癌、中毒性神；口服５０?ｍｇ砒霜能导致人体急性中毒，超过６０?ｍｇ可能导致死亡ｌ９２年，砷己经被国际癌症研宄组织列为致癌物质［１１】。??７００??－??
Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｔｒａｉｎ?ｆｏｒ?ＥＰＡ?Ｍｅｔｈｏｄ?２９??ＥＰＡ?２９方法适用于固定源释放的痕量元素测定［１９］，该方法采用等速取样的??方式将烟气引入一组冰浴的吸收瓶中。如图１－４所示，１＃采样瓶为空瓶，用于吸??收烟气中的水分；２＃和３＃采样瓶中装有１００ｍＬ５％ＨＮ０３／１０％Ｈ２０２，用于吸收烟??气中的气相砷；４＃采样瓶装有２００－３００?ｍＬ的硅胶用于吸收水分以保护泵正常运??转。采样过程中１＃－４＃采样瓶需要进行冰浴冷却。采样烟气量至少为ｌｍ３。吸收??液中砷的回收：将１＃，２＃，３＃吸收瓶中的液体倒入样品瓶，使用０．１Ｎ的ＨＮ０３??溶液清洗吸收液、连接弯头等，清洗液一并倒入样品瓶，保证溶液ｐＨ值小于２??并定容至５００?ｍＬ。??目前砷的分析方法主要有四种：砷钼蓝分光光度法、原子发射光谱法、原子??吸收光谱法与原子荧光光谱法。其中，砷钼蓝分光光度法是在稀硫酸介质中，砷??（Ｖ）与钼酸铵生成砷钼酸络合物，用硫酸肼还原，用分光光度计测定着色溶液??的吸光度，根据溶液的吸光度测定煤样中砷含量；原子发射光谱法是根据原子所??发射的光谱来测定样品中砷的含量，主要应用设备是ＩＣＰ－ＡＥＳ?（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ??ｃｏｕｐｌｅｄ?ｐｌａｓｍａ－?Ａｔｏｍｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3对SO2氧化的异相催化作用[J]. 肖海平,董琳,宁翔. 中国电机工程学报. 2016(21)
[2]富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为[J]. 刘慧敏,王春波,黄星智,张月,孙鑫. 化工学报. 2015(12)
[3]超声波辅助浸渍法制备Fe2O3/γ-Al2O3吸附剂脱除气相As2O3的实验研究[J]. 张月,李文瀚,王春波,刘慧敏,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(09)
[4]Mn-Ce-Zr/γ-Al2O3催化剂低温选择性催化还原脱硝性能分析[J]. 曹蕃,苏胜,向军,王鹏鹰,胡松,孙路石,陆骑. 中国电机工程学报. 2015(09)
[5]金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究[J]. 张月,王春波,刘慧敏,孙喆,李文瀚,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(04)
[6]重金属污染综合防治实施进展与经验分析[J]. 吴舜泽,孙宁,卢然,赵云皓,王兆苏. 中国环境管理. 2015(01)
[7]负载型K2CO3/Al2O3吸收剂鼓泡床吸收CO2特性及数值模拟[J]. 张中林,刘道银,董伟,吴烨,陈晓平,孟庆敏. 中国电机工程学报. 2015(07)
[8]砷对商业V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能的影响[J]. 阮东亮,盘思伟,韦正乐,黄碧纯,程华. 化工进展. 2014(04)
[9]O2/CO2气氛中SO2和NO对HCl均相氧化Hg的影响研究[J]. 吴辉,邱勇,刘豪,罗光前,姚洪,邱建荣. 工程热物理学报. 2013(12)
[10]富氧燃烧模拟烟气中SO2和H2O对活性炭吸附汞的影响[J]. 赵波,刘小伟,斯俊平,王超,李冬,吴望晨,徐明厚. 中国电机工程学报. 2013(17)
博士论文
[1]O2/CO2条件下钙基吸附剂控制燃煤多种污染物的实验研究[D]. 陈娟.华中科技大学 2013
[2]煤燃烧矿物组合演化及其与重金属相互作用机制的研究[D]. 赵永椿.华中科技大学 2008
[3]改性处理活性炭纤维吸附氧化脱除SO2/NOX/Hg的研究[D]. 许绿丝.华中科技大学 2007
[4]中温脱硫过程联合脱除痕量硒、砷的实验研究[D]. 李玉忠.清华大学 2006
[5]煤燃烧过程中汞、砷、硒的排放与控制研究[D]. 郭欣.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]燃煤电厂重金属排放与控制研究[D]. 史燕红.华北电力大学 2016
[2]HCl、HBr及SO2对汞在氧化铁表面吸附行为的影响研究[D]. 薛鹭成.华中科技大学 2015
[3]燃煤电站砷、铅、镉、铬的迁移规律[D]. 孙喆.华北电力大学 2015
[4]煤气和燃煤烟气中铁基氧化物脱汞机理研究[D]. 牛晓琦.太原理工大学 2014
[5]密度泛函研究Fe2O3与载体协同作用于化学链燃烧系统[D]. 陈秋銮.华北电力大学 2013
[6]基于密度泛函理论的汞与氧化铁气固反应机理研究[D]. 刘涛.华中科技大学 2012
[7]燃煤烟气汞在氧化铁表面吸附机理研究[D]. 郭盼.华中科技大学 2011
本文编号：3613711
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１６年我国能源消费及煤炭消费结构??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｎｅｒｇｙ?ａｎｄ?ｃｏａｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ?ｉｎ?２０１６??
Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｒａｃｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｃｏａｌ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，?ｄａｔａｆｒｏｍ＾＾??１－２中痕量元素从第一类到第三类，挥发性逐渐增强，其中砷属于，即在燃烧过程中几乎全部挥发，并易于富集在细微颗粒上。李玉忠［８１易挥发的元素如砷、砸、汞等在炉膛内部大部分以气态形式存在，尘设备所捕获，会随烟气直接排入大气环境，加之这些元素的毒、污染问题更应引起人们的重视。??国受砷危害影响严重，主要表现为地方性砷中毒，地方性砷中毒分中毒和燃煤型砷中毒Ｍ。其中，燃煤型砷中毒病区分布于贵州、陕为燃煤型砷中毒患者总人数己经明显超过饮水型砷中毒Ｉ９】。过量接体具有毒害作用，会引起细胞死亡，导致肺癌、皮肤癌、中毒性神；口服５０?ｍｇ砒霜能导致人体急性中毒，超过６０?ｍｇ可能导致死亡ｌ９２年，砷己经被国际癌症研宄组织列为致癌物质［１１】。??７００??－??
Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｔｒａｉｎ?ｆｏｒ?ＥＰＡ?Ｍｅｔｈｏｄ?２９??ＥＰＡ?２９方法适用于固定源释放的痕量元素测定［１９］，该方法采用等速取样的??方式将烟气引入一组冰浴的吸收瓶中。如图１－４所示，１＃采样瓶为空瓶，用于吸??收烟气中的水分；２＃和３＃采样瓶中装有１００ｍＬ５％ＨＮ０３／１０％Ｈ２０２，用于吸收烟??气中的气相砷；４＃采样瓶装有２００－３００?ｍＬ的硅胶用于吸收水分以保护泵正常运??转。采样过程中１＃－４＃采样瓶需要进行冰浴冷却。采样烟气量至少为ｌｍ３。吸收??液中砷的回收：将１＃，２＃，３＃吸收瓶中的液体倒入样品瓶，使用０．１Ｎ的ＨＮ０３??溶液清洗吸收液、连接弯头等，清洗液一并倒入样品瓶，保证溶液ｐＨ值小于２??并定容至５００?ｍＬ。??目前砷的分析方法主要有四种：砷钼蓝分光光度法、原子发射光谱法、原子??吸收光谱法与原子荧光光谱法。其中，砷钼蓝分光光度法是在稀硫酸介质中，砷??（Ｖ）与钼酸铵生成砷钼酸络合物，用硫酸肼还原，用分光光度计测定着色溶液??的吸光度，根据溶液的吸光度测定煤样中砷含量；原子发射光谱法是根据原子所??发射的光谱来测定样品中砷的含量，主要应用设备是ＩＣＰ－ＡＥＳ?（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ??ｃｏｕｐｌｅｄ?ｐｌａｓｍａ－?Ａｔｏｍｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3对SO2氧化的异相催化作用[J]. 肖海平,董琳,宁翔. 中国电机工程学报. 2016(21)
[2]富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为[J]. 刘慧敏,王春波,黄星智,张月,孙鑫. 化工学报. 2015(12)
[3]超声波辅助浸渍法制备Fe2O3/γ-Al2O3吸附剂脱除气相As2O3的实验研究[J]. 张月,李文瀚,王春波,刘慧敏,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(09)
[4]Mn-Ce-Zr/γ-Al2O3催化剂低温选择性催化还原脱硝性能分析[J]. 曹蕃,苏胜,向军,王鹏鹰,胡松,孙路石,陆骑. 中国电机工程学报. 2015(09)
[5]金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究[J]. 张月,王春波,刘慧敏,孙喆,李文瀚,张永生,潘伟平. 燃料化学学报. 2015(04)
[6]重金属污染综合防治实施进展与经验分析[J]. 吴舜泽,孙宁,卢然,赵云皓,王兆苏. 中国环境管理. 2015(01)
[7]负载型K2CO3/Al2O3吸收剂鼓泡床吸收CO2特性及数值模拟[J]. 张中林,刘道银,董伟,吴烨,陈晓平,孟庆敏. 中国电机工程学报. 2015(07)
[8]砷对商业V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能的影响[J]. 阮东亮,盘思伟,韦正乐,黄碧纯,程华. 化工进展. 2014(04)
[9]O2/CO2气氛中SO2和NO对HCl均相氧化Hg的影响研究[J]. 吴辉,邱勇,刘豪,罗光前,姚洪,邱建荣. 工程热物理学报. 2013(12)
[10]富氧燃烧模拟烟气中SO2和H2O对活性炭吸附汞的影响[J]. 赵波,刘小伟,斯俊平,王超,李冬,吴望晨,徐明厚. 中国电机工程学报. 2013(17)
博士论文
[1]O2/CO2条件下钙基吸附剂控制燃煤多种污染物的实验研究[D]. 陈娟.华中科技大学 2013
[2]煤燃烧矿物组合演化及其与重金属相互作用机制的研究[D]. 赵永椿.华中科技大学 2008
[3]改性处理活性炭纤维吸附氧化脱除SO2/NOX/Hg的研究[D]. 许绿丝.华中科技大学 2007
[4]中温脱硫过程联合脱除痕量硒、砷的实验研究[D]. 李玉忠.清华大学 2006
[5]煤燃烧过程中汞、砷、硒的排放与控制研究[D]. 郭欣.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]燃煤电厂重金属排放与控制研究[D]. 史燕红.华北电力大学 2016
[2]HCl、HBr及SO2对汞在氧化铁表面吸附行为的影响研究[D]. 薛鹭成.华中科技大学 2015
[3]燃煤电站砷、铅、镉、铬的迁移规律[D]. 孙喆.华北电力大学 2015
[4]煤气和燃煤烟气中铁基氧化物脱汞机理研究[D]. 牛晓琦.太原理工大学 2014
[5]密度泛函研究Fe2O3与载体协同作用于化学链燃烧系统[D]. 陈秋銮.华北电力大学 2013
[6]基于密度泛函理论的汞与氧化铁气固反应机理研究[D]. 刘涛.华中科技大学 2012
[7]燃煤烟气汞在氧化铁表面吸附机理研究[D]. 郭盼.华中科技大学 2011
本文编号：3613711
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