改性酚醛泡沫脱除烟气中Hg0的研究

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汞作为一种大气污染物,因其高毒性、高稳定性,受到越来越多的关注,其主要来源是煤炭燃烧。本文选择有机物、氧化物、金属化合物以及矿物等作为改性剂,利用树脂改性法、内改性法及外改性法等制备改性酚醛泡沫,改善酚醛泡沫表面化学性质,提高样品脱汞能力,并结合多种方法,对脱汞机理进行研究。  选用对硝基苯酚、硝酸作为改性剂制备改性酚醛泡沫。两种改性剂对酚醛泡沫的表面物理形貌均无明显影响;对硝基苯酚和硝酸均可在酚醛泡沫内引入硝基官能团,且后者还可引入大量羰基;羰基降低酚醛泡沫的热分解温度。PF-0的汞吸附量仅为0.46μg/g,而PF-12%NO2的汞吸附量为1.45μg/g,PF-HNO3-5的汞吸附量为14.63μg/g,表明硝基可以提升酚醛泡沫的脱汞能力。硝酸改性引入羰基使酚醛泡沫的脱汞能力的提升更为明显。氧气参与Hg0在酚醛泡沫表面的吸附反应,并且与Hg0存在竞争吸附。Hg0在对硝基苯酚和硝酸改性样品表面均为化学吸附。  选用过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸钠作为改性剂制备氧化改性酚醛泡沫。过氧化氢对酚醛泡沫表面物理结构和热解性能的影响不大,但可以引入羰基;次氯酸钠会使得泡孔出现一定程度的扩张,但对热解性能和表面官能团的影响不大;高锰酸钾则会侵蚀酚醛泡沫,并在表面留有颗粒状二氧化锰,对泡沫结构产生严重破坏,并引入羰基和C-Mn键,使样品在低温区和高温区更易发生分解。PF-H2O2-5的汞吸附量为1.27μg/g,高于PF-0的0.46μg/g;PF-KMnO4-0.1的汞吸附量最高,为46.60μg/g,但当高锰酸钾浸渍液浓度过高时,有益官能团可能会因为侵蚀而溶解到溶液中,使得改性样品的汞吸附量下降;次氯酸钠对样品的汞吸附量基本无影响。Hg0在PF-KMnO4-0.1和PF-H2O2-5表面均发生化学吸附,主要是因为Hg0可以与表面的羰基和二氧化锰颗粒中的氧原子结合。  选用氯化铈、氯化锰、氯化镧、氯化钴等作为改性剂制备金属改性酚醛泡沫。所有金属改性酚醛泡沫的表面物理形貌均无明显变化;氯化钴、氯化镧等会在酚醛泡沫内引入 C-金属的化学键,且氯化钴与氯化镧同时作为改性剂时,会促进该化学键的形成;大多数金属元素是以硫酸盐形式存在,而在PF-La&Co和PF-La&Mn中,金属Co和Mn则是以无定形态存在;除PF-Mn和PF-La&Ce外,其他样品在高温区的分解速率均明显高于未改性样品。氯化镧改性与氯化钴改性会有协同作用,可以促进样品对Hg0的吸附,PF-La&Co的汞吸附量为2.53μg/g;氯化镧改性与氯化锰改性则存在抑制作用,PF-La&Mn的汞吸附量仅为0.96μg/g。Hg0在PF-La&Co表面的吸附类型为化学吸附。  选用石材厂废弃的花岗岩粉体、稀盐酸作为改性剂制备矿物改性酚醛泡沫。正交实验表明,Gr-3的汞吸附量最大,为2.99μg/g;四个制备条件对样品脱汞能力的影响由大到小为:粉体添加量>浸渍时间>粉体粒径>盐酸浓度。改性过程对样品Gr-3中的酚醛泡沫的物理形貌及表面官能团影响不大,但样品Gr-3中的花岗岩颗粒表面因为盐酸的侵蚀出现一些孔洞。盐酸对花岗岩粉体的侵蚀,浸渍过程中生成的金属氯化物均可促进 Hg0的吸附。Hg0在样品 Gr-3表面的吸附属于化学吸附。  几种改性方法比较后得知,使用硝酸、高锰酸钾所制备的改性酚醛泡沫的脱汞能力较高。脱汞机理方面,羰基和硝基,一方面可以吸附气体中的氧分子,并将其转变为活性氧原子(O*),另一方面自身中的氧原子直接与 Hg0相结合;二氧化锰及其他金属氧化物等则主要是依靠变价性能,将自身的氧原子同 Hg0结合生成HgO。此外,在某些特定活性区域(如金属硫酸盐),Hg0可在其表面发生定位吸附;卤素则可同Hg0反应生成化合物。
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