粉煤灰合成Cu-SSZ-13分子筛过程中重金属迁移规律的研究

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我国燃煤发电每年产生大量的粉煤灰(CFA)废弃物,废置的CFA造成严重的环境污染和资源浪费。CFA的治理和利用一直是国家重点关注的问题。以CFA为原料合成分子筛既可以实现CFA的高附加值利用,又可以发展廉价的分子筛制备技术。但是CFA中含有Hg、As、Se、Pb、Cd和Cd等多种重金属元素,这些有害重金属元素可能会影响分子筛等产品的性能和应用。此外,如果粉煤灰产品在应用过程中发生重金属元素的释放,会造成安全隐患和环境危害。因此在CFA利用过程中,尤其是在制备分子筛过程中,理清重金属元素的迁移规律和赋存形态对于开发CFA基分子筛等高附加值化学品极为必要。本文采用原子荧光光谱法(AFS)与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分别测量原料和产物中Hg、As、Se、Pb、Cd和Cr等重金属元素的含量。考察了粉煤灰在两步水热法制备SSZ-13分子筛过程中重金属元素在产物中的分布和在固、液相中的迁移规律,以及残余在分子筛中的重金属元素在脱硝应用过程中的稳定性。具体的实验结果如下:(1)以煤粉炉粉煤灰以及循环流化床粉煤灰为原料,经两步水热法合成SSZ-13分子筛。分析结果表明,有较多的Pb、Cr和Cd元素残留在分子筛中,而绝大多数的Hg、As和Se元素在水热反应中迁移到滤液中。粉煤灰合成分子筛过程中重金属元素迁移主要受元素自身性质的影响,粉煤灰类型与SSZ-13分子筛合成方法对其影响较小。(2)采用了改进后的BCR连续提取法对PC1#-CFA及相应固相产物中Hg、As、Se、Pb、Cr和Cd中的元素形态进行了分析。结果表明,Pb、Cr和Cd三种元素在CFA、方沸石和SSZ-13分子筛中均主要以残渣态的形式存在,性质较稳定不易迁移,而大部分Hg、As和Se元素在粉煤灰与方沸石中主要以可迁移形态存在。此外,还考察了SSZ-13中残余的重金属元素在NH3-SCR脱硝前后的含量变化。粉煤灰基Cu-SSZ-13的脱硝性能优异但水热稳定性较差。而Cu-SSZ-13中的Pb、Cd和Cr元素的含量在脱硝前后以及水热老化前后变化很小,表明这些重金属元素在脱硝应用中很稳定。(3)考察了湿法磁选和盐酸酸浸等处理方法对粉煤灰中重金属的脱除情况。结果表明:经磁选后粉煤灰中的Fe、Pb、Cd和Cr元素会富集在磁性组分中,非磁性组分中Al和Si元素的含量增大。酸浸可有效脱除Hg、As和Se,但过高温度会加大Al的流失。磁选-酸浸联合脱除工艺能极大降低Hg、As、Se的含量,但对Pb、Cd、Cr的脱除有限。
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