MnxOy/Al2O3可再生脱汞吸附剂特性研究

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汞及其化合物具有剧毒性,对人类健康和环境的影响已经成为目前全球关注的焦点。我国能源结构主要以煤炭为主,燃煤火电机组的汞排放问题也日益引起关注,在现有的火电机组脱汞技术中,吸附剂喷射被认为是最具有工业应用前景的脱汞技术。若将吸附后的脱汞吸附剂直接废弃,会造成二次污染和资源浪费;但现阶段研究的大部分脱汞吸附剂并不能实现循环利用,因此,对可再生脱汞吸附剂的研究显得尤为重要。本文采用浸渍法,以Mn元素为氧元素基体,多孔介质Al2O3为载体,制备可再生MnxOy/Al2O3脱汞吸附剂,对可再生脱汞吸附剂进行脱汞特性和再生特性研究。利用浸渍法制备MnxOy/Al2O3吸附剂,考察了不同改性溶液浓度和活化温度对吸附剂脱汞效率的影响;并结合表征结果对样品进行分析。结果表明:随着改性溶液浓度的增加,吸附剂表面活性组分的负载量增加,脱汞效率逐渐增高;随着活化温度的升高,有效活性组分含量降低,脱汞效率逐渐下降;吸附特征是以中孔吸附为主。在固定床脱汞实验台探究了反应温度与初始汞浓度对脱汞效率的影响。结果表明:随着反应温度的升高,降低了吸附反应所需的活化能,促进了汞在吸附剂表面的化学吸附作用,脱汞效率逐渐升高;随着初始汞浓度的升高,活性中心位点数量一定,汞与表面活性位点接触机会增多,效率有所上升,但汞浓度过高时脱汞效率有所下降,总体表现出脱汞效率先增大后减小。探究了不同O2、SO2和NO浓度对吸附剂脱汞效率的影响,并结合程序升温脱附(TPD)及X射线能谱仪(EDX)研究不同气氛下的汞吸附机理。结果表明:有O2较无O2条件,脱汞效率有明显提高,但随着O2浓度的升高,脱汞效率增加地并不明显,汞在表面生成HgO而被吸附,O2对汞吸附有促进作用,汞在吸附剂表面的吸附遵循Mars-Masessen机理;SO2会与汞在表面产生竞争吸附,并且会造成吸附剂硫中毒,随着SO2浓度的升高,脱汞效率逐渐下降,SO2对汞吸附总体表现出抑制作用,但也会在反应过程中生成少量的HgSO4及Hg2SO4促进汞吸附;NO会结合活性氧生成NO2促进反应生成HgO,并且会与汞反应生成Hg(NO3)2及HgNO3促进汞吸附,但促进过程以生成HgO为主,随着NO浓度的升高,脱汞效率也逐渐升高。在TPD实验台及低温等离子体实验台对脱汞吸附剂进行再生处理,探究了热再生失活的机理及低温等离子体再生机理。结果表明:热再生处理后吸附剂由于表面Mn4+/(Mn4++Mn3+)值下降和较高温度使吸附剂发生低温烧结现象而导致脱汞效率大幅度降低,但经过低温等离子作用后,表面较低的Mn4+相对含量得到了提升,吸附剂恢复部分活性,脱汞效率也有了一定的提高,但高温对吸附剂表面结构的破坏是不可逆作用,所以虽然吸附剂经过等离子处理,但其脱汞效率仍有一定的降低;脱汞效率降到40%的样品在经过低温等离子体放电处理后,初始脱汞效率恢复至75%左右,经过低温等离子体再生后,表面Mn4+含量有所提高,活性位点被释放,吸附剂恢复部分活性。探究了低温等离子体的再生功率、再生时间及再生次数对脱汞性能的影响。结果表明:在再生过程中存在最佳再生功率与最佳再生时间,再生功率较低与再生时间较短会导致活性中心位点不能被充分恢复活性,而再生功率过高与再生时间过长会导致活性中心分布过于密集且吸附剂孔道结构受到一定程度的破坏;原始吸附剂的脱汞效率为91.70%,经过三次低温等离子再生,吸附剂脱汞效率仍能保维持在80%以上,低温等离子体用于再生失活脱汞吸附剂是有效的、可行的。
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