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汞是一种对生态系统有严重危害的重金属污染物。在全球的汞排放源中人为源占有很大的比重,化石燃料电厂与垃圾焚烧排放的汞可随着大气进行长距离的迁移扩散,以降雨等形式污染土壤与水资源,并通过食物链危害人体的健康。近年来我国垃圾焚烧电厂的数量逐渐增多,垃圾焚烧过程中产生的汞污染日益受到重视。活性炭脱汞是当前研究最多的一种脱汞方式。活性炭物理化学性质、烟道温度、烟气组分等因素均会对吸附性能产生影响。
本研究建立了一套稳定可靠的吸附-脱附系统,确立了活性炭吸附性能评估方法,采用汞渗透管作为气态汞发生装置,模拟垃圾焚烧过程中各烟气组分,确立了以浸渍苯甲酸改性活性炭CX、模拟垃圾焚烧烟气和HgCl2为研究对象,测试活性炭CX对HgCl2的吸附性能,并研究了各单一烟气组分与不同工况(HgCl2初始浓度、吸附反应温度、全烟气组分)对活性炭CX吸附HgCl2的影响。
本研究主要实验与结果如下:
(1)将商业活性炭BPL高温煅烧后,浸渍不同浓度苯甲酸的改性活性炭进行吸附.脱附实验。结果表明:活性炭的吸附性能随苯甲酸的负载量增加而增加,当活性炭上苯甲酸的负载量为0.916 mmol/g时,活性炭吸附容量达到484.70μg/g;将此活性炭CX在相同工况下对比改性前活性炭与不同商业活性炭的吸附容量,CX的吸附量达到2810μg/g,吸附性能优于改性前活性炭与其他商业活性炭。
(2)在140℃下测试了单一烟气组分(CO2、O2、SO2、NO2、NO、HCl,水蒸汽)对活性炭CX吸附HgCl2的影响。结果表明:当加入12%的CO2时,活性炭CX的吸附容量下降19.9%;当加入12%的O2时,活性炭CX的吸附容量提高38.1%;当加入的SO2体积分数为300×10-6时,活性炭CX的吸附容量下降37.2%;当加入的NO体积分数为300×10-6时,活性炭CX的吸附容量下降23.4%;当NO2的加入的体积分数为50×10-6时,吸附容量增加37.6%,而NO2体积分数达到100×10-6时吸附容量下降14.9%;加入HCl的体积分数为200×10-6时,吸附容量比加入HCl前下降24.2%;水蒸汽对HgCl2起强烈的抑制作用,当加入水蒸汽的体积分数为9%、15%时,吸附容量分别下降76.5%、80.1%。
(3)在140℃,纯氮气氛围下测试HgCl2初始浓度对活性炭CX吸附HgCl2的影响。结果表明:活性炭的吸附容量随HgCl2初始浓度的增加而增大,当初始浓度从203.51μg/m3增加到648.85μg/m3时,活性炭CX的吸附容量提高了1.2倍,从276.48μg/g提高到616.19μg/g。
(4)在不同吸附反应温度下对比活性炭CX与商业活性炭BPL的吸附容量。结果表明:当温度为30℃时,活性炭CX的吸附容量(83.93μg/g)略低于商业活性炭BPL(94.48μg/g);当温度从30℃上升到140℃时,活性炭CX的吸附容量(484.86μg/g)显著提高,比商业活性炭BPL(306.39μg/g)高出58.2%:当温度从140℃上升到200℃时,由于苯甲酸的析出,吸附容量明显下降,活性炭CX的吸附容量为153.39μg/g,是140℃时吸附容量的31.6%。
(5)向系统中加入混合烟气组分,对比活性炭CX与商业活性炭(BPL、FLUEPAC与HG)的吸附容量。实验结果表明:混合烟气组分对活性炭CX、商业活性炭FLUEPAC、HG的吸附容量起促进作用,吸附容量分别提高了17.6%、9.3%、11.2%,而商业活性炭BPL的吸附容量比纯氮气氛围下降了31.2%。