熔盐法制备Mn-Ce/FA吸附剂及其同时脱除SO2和Hg0的研究

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燃煤电厂烟气中含有大量的SO2和Hg0,对人体和生态环境的损害日益得到重视。2015年国家对SO2和汞的排放限值分别为100 mg/m3和0.03μg/m3。飞灰是燃煤电厂的废弃物,内部含有的钙、铁、镁、铝等氧化物对烟气中的SO2和Hg0具有氧化脱除能力,且稀土金属氧化物与锰氧化物可以协同提高吸附剂的脱硫性能。如果在飞灰上负载锰、铈制备吸附剂用于脱硫脱汞,可以在燃煤电厂内部实现以废治废。本论文以飞灰为基体,以Na NO3为熔融盐,采用熔盐法负载金属组分锰和铈制备系列Mn-Ce/FA吸附剂,借助固定床评价系统进行脱硫、脱汞和同时脱除测试,利用BET、XRD、SEM、XPS表征手段分析其脱除机理。本文主要结论如下:(1)Mn-Ce/FA吸附剂最佳制备条件为:Mn(NO32 40 m L、Ce(NO33·6H2O 6 g、Na NO3 18 g、第一步焙烧温度为375℃、第二步焙烧温度为400℃。Na NO3起熔剂作用可以使锰铈组分充分混合,同时生成块状钠锰双金属氧化物Na2Mn3O7促进吸附剂脱除SO2。在单锰吸附剂中添加少量Ce(NO33可以使Na2Mn3O7晶粒形成块状,硫容显著增大。飞灰起载体作用使锰铈组分均匀负载。M17C14N211375/400脱除SO2的吸附过程属于化学吸附,提高吸附温度可以使吸附能力提高,但温度过高吸附性能下降,吸附剂脱硫最佳烟气温度为200°C。烟气中的O2浓度对Mn-Ce/FA吸附剂脱硫有促进作用。烟气中SO2存在最佳浓度,浓度较低或较高都会使吸附剂脱硫性能下降。(2)M17C14N211375/400中的锰组分对Hg0的脱除具有很强的氧化能力,铈组分的氧化性相对弱一些,而锰铈组分结合具有更强的氧化性。空速能在确定的石英管中反映出M17C14N211375/400的脱汞性能,相比于空速烟气流经吸附剂的线速度对脱汞性能影响更大。M17C14N211375/400对Hg0的脱除既包含物理吸附脱除也包含化学吸附脱除。温度越低越有利于Hg0的吸附脱除,最佳脱汞烟气温度为100°C。烟气中的Hg0浓度增加,M17C14N211375/400的氧化性降低。烟气中的O2浓度增加可以提高吸附剂表面活性位点对Hg0的氧化能力,但O2浓度过高对脱汞性能的提高不显著。(3)M17C14N211375/400同时脱硫脱汞时,基本可以忽略Hg0对SO2吸附的影响。M17C14N211375/400在脱除SO2时产生了更多的活性氧或活性组分,有利于Hg0的脱除。M17C14N211375/400同时脱硫和同时脱汞的吸附温度最佳值分别为200℃和100℃,都与其单独脱除最佳温度相同。在相同温度区间内,升高温度M17C14N211375/400硫容增长幅度远大于汞容的下降幅度。SO2浓度为1000 mg/m3,吸附剂同时脱除硫容最大,SO2浓度过高和过低,硫容都偏低,这与吸附剂单独脱硫情况基本一致。模拟烟气中SO2浓度增大,M17C14N211375/400的活性氧和活性组分呈现先增大后减小的变化,导致吸附剂脱汞性能先增大后减小。M17C14N211375/400在脱除SO2时产生了一定的活性氧或活性组分,当Hg0浓度增大,活性氧或活性组分消耗量增大不能满足较高浓度Hg0的脱除,导致汞容略微减小。O2浓度增加可以促进Mn2O3氧化成Mn4+组分含量增加,既可以提高吸附剂对SO2的氧化能力也可以提高对Hg0的氧化能力,由于模拟烟气中的SO2浓度远大于Hg0浓度,导致Mn4+接触SO2的机率大于Hg0,所以M17C14N211375/400的汞容相对硫容提高幅度不明显。
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