【摘 要】
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我国能源结构以煤炭为主,煤炭的燃烧是大气汞污染的主要来源,且燃煤烟气中的零价汞(Hg~0)因难溶于水、干沉降速率缓慢、反应活性小等特点,在大气停留时间长,难以被现有的烟气净化装置去除。因此亟待针对燃煤的烟气汞展开去除与回收技术的研究。本研究主要利用电化学氧化协同KI/I2吸收液,使得模拟烟气中Hg~0被脱除,探讨了多种因素对Hg~0去除效率的影响,对比了不同阴极条件下Hg~0的去除效率,探究了Hg
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我国能源结构以煤炭为主,煤炭的燃烧是大气汞污染的主要来源,且燃煤烟气中的零价汞(Hg~0)因难溶于水、干沉降速率缓慢、反应活性小等特点,在大气停留时间长,难以被现有的烟气净化装置去除。因此亟待针对燃煤的烟气汞展开去除与回收技术的研究。本研究主要利用电化学氧化协同KI/I2吸收液,使得模拟烟气中Hg~0被脱除,探讨了多种因素对Hg~0去除效率的影响,对比了不同阴极条件下Hg~0的去除效率,探究了Hg~0的脱除机理,解决目前Hg~0难以被现有净化装置高效脱除的技术难题。钛基金属氧化物涂层电极(Dimension Stable Anode,DSA)的制备。以钛板作为基体,通过涂覆热分解法制备了DSA电极,并采用SEM、XRD、EDS、CV、LSV等表征手段对电极进行形貌结构和电化学性能分析。结果表明:贵金属元素铂的掺杂对DSA电极的表面形貌影响极大,不仅可改变电极表面活性层的晶粒大小,还影响涂层的稳定性,促进涂层表面晶体的生成和团聚,铂微粒均匀的分散在DSA电极上,且粒径细小,活性点位多。掺杂铂后的DSA电极电化学活性明显高于未掺杂铂的DSA电极,其中,掺铂量为10%的DSA电极性能最佳。Hg~0去除影响因素研究。对K2S2O8、KI/I2、K2Cr2O7、KMn O4、N a Cl O等符合要求的氧化型吸收剂进行筛选,结果表明:KI/I2吸收液对Hg~0的吸收效果最好,可以达到36.82%。以KI/I2溶液为吸收剂,分别以DSA电极作为阳极,钛电极作为阴极、DSA电极为阴阳极,用于电化学协同KI/I2吸收液催化氧化模拟烟气中的Hg~0,研究发现电极性能稳定且效果良好。分别探究了KI/I2物质的量之比、I2浓度、电解电压、电流密度、极板间距以及DSA电极的掺铂量等因素对H g~0去除效率的影响。结果表明:当DSA电极作为阳极,钛电极作为阴极时,随着KI/I2物质的量之比的降低,Hg~0的去除效率先升高后下降,在比例为12:1时效果最佳,可以达到28%。I2浓度对于Hg~0的去除效率影响较大,I2浓度太低,反应不能完全进行导致Hg~0去除效率降低;I2浓度过高,抑制I3-或I3(I2-)之类的络合离子的产生,也会影响Hg~0去除效果。电压从0V到6V,Hg~0的去除效率先增加后降低,在6V时效果最佳,可以达到90%以上。电流密度对Hg~0的去除效率影响不大,但电流密度的升高在一定程度上会促进Hg~0的去除。阳极电极掺铂量从0%升到60%,Hg~0的去除效率先升高后下降,在10%时效果最好;极板间距对Hg~0的去除效率影响较大,间距过大,槽电压升高,增大电耗也降低去除效率。而当DSA电极为阴阳极时,KI/I2物质的量之比、I2浓度、电解电压以及DSA电极的掺铂量对H g~0的去除效率影响较大,均是先升高后降低;电流密度和极板间距对Hg~0的去除效率影响并不明显。对比两种不同阴极发现,这两种电极为阴极时都可以达到良好的对Hg~0的去除效率。但在不同条件下会出现细微的差异,这也为后续在不同的烟气条件下选择最合适的电极提供了一定的帮助。虽然DSA电极是一种阳极电极,但作为阴极使用时同样也可以取得很好的效果。Hg~0去除机理与I2回收机理研究。初步分析Hg~0的去除机理包括六条路径:一是通过KI/I2吸收液吸收后形成[Hg I4]2-,二是与电极上的Pt形成Pt Hg4,三是通过阳极上产生的·OH间接氧化,四是在DSA电极上被直接氧化为Hg2+,五是直接在DSA阳极上被吸附,六是可能被O·、O3、IO3·与IO4·等强氧化性物质氧化;I2的回收机理包括两条路径:一是I-通过电化学氧化还原形成I2,二是I-先吸附在Pt上,然后再被氧化形成I2。同时,还对电极的稳定性进行了研究,结果表明,DSA电极对于Hg~0的去除有着良好的效果,且具有很好的稳定性和重复性。
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