燃煤煙氣中汞的脫除畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。Lee等[35]利用納米蒙脫石(MK10)作為材料合成了一系列的硫改性吸附劑，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同方法滲硫后的MK10表現(xiàn)出截然不同的脫汞能力，其中一種硫化鈉改性MK10吸附劑在70176。C時(shí)的平均汞吸附量達(dá)到283μg/g，而在140176。C時(shí)其脫汞效果則可忽略不計(jì)。而另一種經(jīng)氯化銅改性后MK10吸附劑則表現(xiàn)出對(duì)單質(zhì)極佳的氧化能力[36]?？梢?jiàn)雖然硅酸鹽礦物類吸附劑表現(xiàn)出了一定的脫汞能力，但與活性炭吸附劑相比，硅酸鹽礦物吸附劑的脫汞研究還處在起歩階段，其對(duì)汞的吸附特性及相關(guān)的脫汞機(jī)理都不明確，相關(guān)的吸附劑研發(fā)也很薄弱，有大量的問(wèn)題有待解決。近年來(lái)，硅酸鹽礦石改性和吸附方面的研究已經(jīng)引起各國(guó)學(xué)者的關(guān)注，并提出了許多具有參考價(jià)值的改性方法[37]。熱活化法是硅酸鹽類礦石改性中應(yīng)用較為普遍、比較基礎(chǔ)的一種方法。礦石經(jīng)熱活化之后可除去其中所含的一些有機(jī)雜質(zhì)和層間水，疏通孔道。李光輝等[38]研究高嶺土發(fā)現(xiàn)，在溫度較低時(shí)（450℃左右）熱活化主要是脫除吸附水、層間水和一些有機(jī)雜質(zhì)。當(dāng)溫度較高時(shí)，會(huì)破壞礦石內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)，高嶺石鋁氧八面體中羥基已經(jīng)脫除，轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石。孫德文等[39]在文獻(xiàn)中指出，在升溫活化過(guò)程中高嶺土化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)變化因不同溫度階段而不同，在200℃以前主要是表面吸附水的脫出；200~400℃溫度段是插層水的脫嵌不僅有結(jié)構(gòu)水的脫出還有高嶺土的相變，生成偏高嶺石；540℃以后完全是高嶺土的相變。丁峰等[40]對(duì)四種礦石在不同溫度下進(jìn)行活化并對(duì)其進(jìn)行脫汞吸附實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果表明熱活化對(duì)礦石吸附劑吸附模擬煙氣中汞未產(chǎn)生影響。在電磁波的波譜中，波長(zhǎng)介于1mm到lm之間（頻率300300000MHz）的電磁波我們稱之為微波，它是位于紅外與無(wú)線電波之間，是一種電磁能，利用微波可改變物質(zhì)中離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)，但是它不能改變分子結(jié)構(gòu)，是非離子化的輻射能。魏麗丹等[41]通過(guò)酸及微波改性沸石發(fā)現(xiàn)，經(jīng)改性后的沸石，對(duì)污水中的硫化物的吸附率由未改性的55%提高到了75%，其吸附效率大大提高，并且隨著微波輻射時(shí)間的增加，改性沸石吸附能力也隨之增加，但一定時(shí)間后會(huì)隨著輻照時(shí)間的增加而減少。黃琳[42] 利用微波改性膨潤(rùn)土對(duì)廢水中的Pb進(jìn)行了吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)微波改性后其去除率比鈉化土的去除率有較大增加，有機(jī)微波土的去除效率最高，其對(duì)鉛的吸附能力比原樣提高了近30%。 酸和鹽溶液改性法 酸或鹽溶液改性是目前應(yīng)用較為廣泛的一種化學(xué)改性方法，孫秀云等[43]對(duì)凹凸棒石進(jìn)行了硫酸和NaCl鹽溶液的改性之后發(fā)現(xiàn)，酸改性之后，凹凸棒石的比表面積增大，且其對(duì)水中有機(jī)污染物的吸附不僅是表面吸附，還伴隨著離子交換和化學(xué)吸附；而鹽改性之后，在其硅氧四面體上Na+、Mg2+充當(dāng)了負(fù)電荷作用，這些價(jià)位較低且半徑較大的離子由于與結(jié)構(gòu)單元層之間作用力較弱而使得層間陽(yáng)離子具有可交換性。同時(shí)由于層間溶劑作用，使其具有較大的內(nèi)表面積，因而使得改性之后的凹凸棒石具有很強(qiáng)的吸附性。鄧書(shū)平等研究了經(jīng)酸改性膨潤(rùn)土對(duì)廢水中二價(jià)汞的吸附發(fā)現(xiàn)，以硫酸溶液改性膨潤(rùn)土，可將蒙脫石中的 Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+離子溶出，使膨潤(rùn)土變成了含有許多孔洞的骨架(類似分子篩)，并且其負(fù)電性被增強(qiáng)了；酸活化處理后，膨潤(rùn)土通道中的雜質(zhì)大多數(shù)被除去，有利于其孔道的疏通和吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散；由于膨潤(rùn)土中Na+、Mg2+、K+、Ca2+等原子半徑要大于H+半徑，所以硫酸中體積較小的H+置換膨潤(rùn)土層間的金屬離子（Na+、Mg2+、K+、Ca2+等），使得膨潤(rùn)土孔容積得到增大，并削弱了其原來(lái)層間的鍵力，層狀晶格裂開(kāi)，孔道被疏通，從而也能增強(qiáng)其吸附性能。在本文中，主要利用了KI、KBr 兩種鹽溶液以及硫酸對(duì)高嶺土、沸石、膨潤(rùn)土進(jìn)行了相關(guān)的改性實(shí)驗(yàn)，并利用其進(jìn)行了模擬煙氣下的脫汞實(shí)驗(yàn)。 凹凸棒石又稱坡縷石（Palygorskite）或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物。其結(jié)構(gòu)屬2：1型粘土礦物。在每個(gè)2：1單位結(jié)構(gòu)層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。在四面體條帶間形成與鏈平行的通道，*176。通道中充填沸石水和結(jié)晶水。 凹凸棒石其理想的化學(xué)分子式為：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O，具有獨(dú)特的鏈層狀結(jié)構(gòu)特征，在其結(jié)構(gòu)中存在晶格置換，幫晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨(dú)特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力。并具有一定的可塑性及粘結(jié)力。通常呈土狀、致密塊狀產(chǎn)于沉積巖和風(fēng)化殼中，顏色呈白色，灰白色，青灰色，灰綠色或弱絲絹光澤。土質(zhì)細(xì)膩，有油脂滑感，質(zhì)輕、性脆，斷口呈貝殼狀或參差狀，吸水性強(qiáng)。濕時(shí)具粘性和可塑性，干燥后收縮小，不大顯裂紋，水浸泡崩散。懸浮液遇電介質(zhì)不絮凝沉淀。凹凸棒石莫氏硬度23，加熱到700～800℃，硬度5。～。由于凹凸棒石獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使之具有許多特殊的物化及工藝性能。主要物化性能和工藝性能有：陽(yáng)離子可交換性、吸水性、吸附脫色性，大的比表面積（～36m2/g）以及膠質(zhì)價(jià)和膨脹容，這些物化性能與蒙脫石相似。 論文研究目的及意義在當(dāng)前，還沒(méi)有一項(xiàng)成熟、可應(yīng)用的脫汞技術(shù)，最接近應(yīng)用的技術(shù)是煙氣中噴入活性炭顆粒脫汞，但該技術(shù)費(fèi)用過(guò)高，成本太大。因此，考慮用天然礦石材料作為活性炭的替代品，但天然礦石材料吸附性能較差，因此研究適當(dāng)?shù)母男苑椒▉?lái)改性礦石材料以增強(qiáng)其吸附性能具有廣闊的前景。論文旨在研究將天然礦石材料凹凸棒石進(jìn)行一系列的化學(xué)改性，以增強(qiáng)它的化學(xué)吸附能力，在不同的條件下檢測(cè)其脫汞性能，探討脫汞效率最佳的條件。同時(shí)通過(guò)儀器進(jìn)行表征檢測(cè)，結(jié)合表征數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要分析機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)中采用的主要改性試劑為KMnO4，NH4Br。首先，選擇適當(dāng)?shù)母男栽噭?，研究其脫汞效率。其次，研究采用不同量的KMnO4去改性凹凸棒石，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試改性劑濃度對(duì)吸附劑脫汞效率影響，對(duì)不同的脫汞效率結(jié)合表征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；最后，研究不同吸附劑溫度下的脫汞效率，選擇出比較適宜的溫度，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析。2 實(shí)驗(yàn)部分 本章主要介紹了在本實(shí)驗(yàn)中用到的原料及相關(guān)的試劑，同時(shí)也介紹了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器。說(shuō)明了凹凸棒石的一系列的改性方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)裝置QM201型原子熒光測(cè)汞儀做了介紹，包括其原理，操作步驟等，同時(shí)也對(duì)實(shí)驗(yàn)中脫汞效率的表示方法做了介紹。 原料及所用試劑本實(shí)驗(yàn)中用到的相關(guān)試劑如表21所示：表21實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑試劑純度產(chǎn)地高錳酸鉀溴化銨硝酸硫酸凹凸棒石分析純AR分析純AR分析純AR分析純AR工業(yè)級(jí)天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司天津市大茂化學(xué)試劑廠西隴化工股份有限公司萊陽(yáng)市康德化工有限公司江蘇惠達(dá)礦業(yè)有限公司 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)中所用的相關(guān)設(shè)備和儀器如表22所示：表 22 實(shí)驗(yàn)所用相關(guān)設(shè)備和儀器名稱廠家QM201H型燃煤煙氣測(cè)汞儀CJJ931恒溫磁力攪拌器干燥箱馬弗爐標(biāo)準(zhǔn)篩AR1140型電子分析天平 SSA4300孔徑及比表面積分析儀蘇州市青安儀器有限公司CJJ931恒溫磁力攪拌器山東省龍口市節(jié)能電爐廠山東省龍口市節(jié)能電爐廠浙江上虞市道墟張興紗篩廠梅特勒托利多儀器（上海）有限公司北京彼奧德電子技術(shù)有限公司 制備方法 本實(shí)驗(yàn)采用浸漬的方法改性凹凸棒石，分別研究溫度，濃度，改性試劑對(duì)脫汞效率的影響。（1）KMnO4改性凹凸棒石（比例1:10） 改性方法為：用分析天平稱取原料吸附劑凹凸棒石（160目以上）10g于50ml燒杯中，然后準(zhǔn)確稱取1g KMnO4加入燒杯中，攪拌混合均勻。加入攪拌子，在磁力攪拌器上攪拌，溫度設(shè)置在40℃左右，攪拌約2~3小時(shí)，直至溶液呈糊狀，結(jié)束攪拌。把燒杯放入烘箱內(nèi)烘干，干燥溫度設(shè)置在100℃。然后，把干燥好的樣品放在研缽內(nèi)初步的研磨，倒入坩堝內(nèi)，放入預(yù)先設(shè)置溫度300℃的馬弗爐內(nèi)煅燒2小時(shí)，然后取出冷卻至室溫，放入研缽內(nèi)研磨，倒入標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩內(nèi)過(guò)篩，過(guò)出60~100目的顆粒保存。 （2）KMnO4改性凹凸棒石（1:20）改性方法為：用分析天平稱取原料吸附劑凹凸棒石（160目以上）10g于50ml的燒杯中， KMnO4加入燒杯，攪拌混合均勻。接下來(lái)的操作與（1）一樣，過(guò)篩出60~100目的顆粒保存。（3）KMnO4改性凹凸棒石（1:50） 改性方法為：用分析天平稱取原料吸附劑凹凸棒石（160目以上）10g于50ml的燒杯中，攪拌混合均勻。接下來(lái)的操作與（1）一樣，過(guò)篩出60~100目的顆粒保存。（4）KMnO4 ，NH4Br改性凹凸棒石(1:1:20)改性方法為：用分析天平稱取原料吸附劑凹凸棒石（160目以上）10g于50ml的燒杯中， KMnO4加入燒杯， NH4Br于攪拌混合均勻。接下來(lái)的操作與（1）一樣，過(guò)篩出60~100目的顆粒保存。 實(shí)驗(yàn)裝置介紹及操作步驟 如圖3所示，在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用QM201型原子熒光測(cè)汞儀(蘇州市青安儀器有限公司)來(lái)檢測(cè)溶液中汞的含量。該儀器是痕量及超痕量汞檢測(cè)的專用儀器，，重復(fù)性及變異系數(shù)不大于5%。 QM201型原子熒光測(cè)汞儀 在常溫下，汞原子會(huì)被純金吸附形成金汞劑；而在高溫下，汞原子重新被釋放，并形成汞蒸氣。根據(jù)這個(gè)原理，將待測(cè)氣體通過(guò)已充填金絲的石英管，氣體中的汞被金絲捕集，然后在爐中將充填有金絲的已吸附汞的石英管加熱至所需高溫并通入氬氣。氣流進(jìn)入儀器的熒光箱，在低壓汞燈（GP2Hg），此熒光經(jīng)聚光鏡會(huì)聚在光電倍増管的光陰極上而被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后顯示測(cè)量結(jié)果。 在一定條件下，熒光強(qiáng)度與汞原子濃度呈正比關(guān)系。If=kC 光電原理圖 實(shí)驗(yàn)方法： 1：N2瓶，2：玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)1，3：玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)2，4：U型管1，5：數(shù)控恒溫水槽，6：汞滲透管，7：緩沖瓶，8：油浴，9：U型管2，10：吸附劑，11：測(cè)汞儀，12：尾氣吸收瓶，13~16：三通閥1~4圖 試驗(yàn)裝置圖 具體的操作步驟如下： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置圖，將各裝置依次連接起來(lái)，檢查各個(gè)接口—石英管與聚四氟乙烯管、三通閥，尤其是裝有汞滲透管的石英管（汞泄露會(huì)帶來(lái)很嚴(yán)重危害）的氣密性。 （2）打開(kāi)恒溫水浴鍋，并調(diào)整器溫度溫度以保證汞滲透管所產(chǎn)生汞蒸氣濃度，然后將載氣（N2）打開(kāi)，并通過(guò)流量計(jì)調(diào)整實(shí)驗(yàn)所需流量（總氣流量約 1L/min）。 （3）調(diào)節(jié)閥門，打開(kāi)不通吸附劑的管路，關(guān)閉吸附劑管路，打開(kāi)氬氣，取樣分析不通吸附劑的載氣中的汞濃度，直到穩(wěn)定。 （4）將事先稱取一定量的附劑放入U(xiǎn)形管內(nèi)，調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋溫度以使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需溫度，然后調(diào)節(jié)閥門，關(guān)閉不通吸附劑管路，打開(kāi)同吸附劑管路 （5