【摘 要】
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煤在燃烧过程中生成的砷化合物由于高毒性、致癌性等特点被广泛关注。燃煤烟气中的气态砷主要以As2O3的形式存在,采用固体金属氧化物吸附剂对气态As2O3进行捕获是一种具有前景的砷减排技术。本论文探索了铁锰基吸附剂对气相砷吸附的影响因素及吸附机理。首先建立了砷价态提取的方法,成功定量分析了吸附产物中不同价态砷的含量;探究了不同工况下吸附剂砷吸附性能;结合吸附产物的变化规律,利用XPS表征技术,研究了铁
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煤在燃烧过程中生成的砷化合物由于高毒性、致癌性等特点被广泛关注。燃煤烟气中的气态砷主要以As2O3的形式存在,采用固体金属氧化物吸附剂对气态As2O3进行捕获是一种具有前景的砷减排技术。本论文探索了铁锰基吸附剂对气相砷吸附的影响因素及吸附机理。首先建立了砷价态提取的方法,成功定量分析了吸附产物中不同价态砷的含量;探究了不同工况下吸附剂砷吸附性能;结合吸附产物的变化规律,利用XPS表征技术,研究了铁锰吸附剂气相砷氧化-吸附的反应过程及机理。本文主要工作内容和成果如下:(1)提出一种新的砷价态提取方法。利用加热的方法辅助提取,探究了磷酸浓度、提取时间、盐酸浓度、抗坏血酸浓度对固体灰样中砷提取效率的影响。提取液中磷酸浓度越大,砷提取效率越高;提取时间越长,越有利于提取效果;针对过高浓度的磷酸会影响砷价态测定过程中As5+的准确度,使用一定浓度的盐酸替代磷酸以减少提取液中磷酸的使用量;抗坏血酸能抑制提取过程中As3+被氧化成As5+,且提取液中抗坏血酸的浓度越高,抑制效果越明显。实验最终确定了以磷酸-盐酸-抗坏血酸作为提取液,并优化了提取实验流程和参数。(2)FeMnOX/γ-Al2O3气相砷吸附性能研究。以活性氧化铝为载体,通过超声波辅助浸渍法制备了一系列FeMnOX/γ-Al2O3吸附剂。研究了Mn含量、反应温度、O2和SO2对FeMnOX/γ-Al2O3吸附剂砷吸附性能的影响。结果表明,Mn浸渍浓度会改变吸附剂的比表面积、孔径、氧化性能从而影响砷吸附性能,适量Mn的引入有利于吸附剂对气相砷的吸附,Mn-Fe摩尔比为0.5时吸附性能最佳;300℃~1050℃温度范围内FeMnOX/γ-Al2O3的气相砷吸附性能随温度升高呈先上升后降低的趋势,温度升高促进了气相砷在吸附剂孔内的扩散,增强了吸附剂对气相砷的化学吸附作用,但是当温度过高会造成吸附剂表面结构恶化,导致吸附性能下降;SO2、O2均能促进吸附剂对砷的吸附性能,SO2会影响吸附剂表面性质促进对As2O3的吸附,O2能补充反应消耗的晶格氧促进As2O3的氧化,随着O2、SO2浓度升高,对吸附剂砷吸附性能的促进趋势趋于平缓。(3)FeMnOX/γ-Al2O3气相砷吸附机理研究。利用建立的砷价态分析方法,测定分析了不同Mn含量和吸附气氛中不同O2含量对吸附产物中As3+和As5+的影响规律,利用XPS表征手段分析了O2对FeMnOx/γ-Al2O3吸附剂气相砷吸附过程中Mn、Fe的价态影响,发现铁锰基吸附剂对气相砷吸附的机理主要涉及到三个步骤:砷的氧化、砷的吸附、晶格氧的补充。
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