活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附去除煙氣中的元素汞，活性炭吸附材料的延伸用途。

　　活性炭具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，因此具有汞的吸附存儲能力。汞是一種高度危險的污染物，尤其是汞蒸氣。盡管煤中存在濃度很低，但每年任有大量的汞從燃煤電廠釋放到大氣中。不同的煤炭等級和生產(chǎn)現(xiàn)場的運行條件導(dǎo)致最終煙氣中存在各種形式的汞。煙氣中存在的汞種類可分為三種形式：元素汞，氧化汞和顆粒結(jié)合汞。其中，氧化汞和顆粒結(jié)合汞可通過濕法煙道氣脫硫或除塵系統(tǒng)(如織物過濾器和靜電除塵器)去除。然而，元素汞占汞總量的75%以上，并且由于其穩(wěn)定性，高揮發(fā)性和在水中的不溶性，很難通過現(xiàn)有的空氣污染控制裝置去除。

　　為了活性炭能更好的吸附汞，使用一些具有高親合性的化學(xué)物質(zhì)，如硫，鹵素和過渡金屬氧化物來處理活性炭進(jìn)行強(qiáng)化。因為它們的氧化和增強(qiáng)的化學(xué)吸附容量為活性炭吸附汞提供了優(yōu)良的去除性能。本次我們使用的活性炭是由含鈷生物物質(zhì)為原料在不同溫度下生產(chǎn)的(圖1)，經(jīng)過實驗測試對元素汞的吸附效果。

　　圖1：在不同溫度下生產(chǎn)的活性炭掃描電子顯微鏡圖像。

　　活性炭對元素汞的去除測試

　　在不同的反應(yīng)溫度條件下，研究了在不同熱解溫度下形成的活性炭對元素汞的去除效率。如圖所示​圖2，300炭和500炭在50–250°C時表現(xiàn)出較差的元素汞去除活性，在此溫度范圍內(nèi)去除效率未達(dá)到20%以上。在較低的熱解溫度下生產(chǎn)的樣品中含氧官能團(tuán)較多，并且其元素汞去除效率較差，含氧官能團(tuán)在元素汞的催化氧化中并不占優(yōu)勢。這些結(jié)果可能是由于在較低溫度下熱解時在活性炭的表面孔隙不足。使用600炭，700炭和900炭時，元素汞的去除效率隨較高的反應(yīng)溫度而增加，而當(dāng)反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高至>200°C時，元素汞的去除效率則降低。這很可能是由于抑制元素汞的物理吸附和吸附的元素汞脫附的綜合作用。當(dāng)反應(yīng)溫度約為150°C時，活性炭表現(xiàn)出相對較高的元素汞去除效率。

　　圖2：在各種熱解溫度下，活性炭的元素汞去除效率是反應(yīng)溫度的函數(shù)。

　　煙氣成分對活性炭吸附元素汞的影響

　　去除元素汞通常需要氣相氧氣。為檢測的氧氣的影響對活性炭的汞除去性能，700炭在不同的氧氣濃度下測試汞的去除率。在不添加墻漆的情況下，平均除汞效率低于60%，并在1 h后降低。隨著氧氣濃度增加至3%，除汞效率提高至70%，并在一定的反應(yīng)時間后呈現(xiàn)出略微下降的趨勢。這些結(jié)果表明，元素汞的去除可能包括與氧氣的某些化學(xué)反應(yīng)。元素汞可以首先被吸附到催化劑的表面活性位上，然后與晶格氧和/或化學(xué)吸附的氧反應(yīng)形成Hg–O–M–O x–1的弱結(jié)合物種。然后，可以通過氣相氧補(bǔ)充消耗的晶格氧和/或化學(xué)吸附的氧。然而，晶格氧和/或化學(xué)吸附氧的供應(yīng)有限將被逐漸消耗。此外，發(fā)現(xiàn)3%氧氣的濃度不足以完全補(bǔ)充晶格氧和/或化學(xué)吸附的氧，而氧含量增加至6%導(dǎo)致元素汞去除效率顯著增加。總體而言，發(fā)現(xiàn)氣相氧氣在汞的去除中起著重要作用，氧氣的濃度最好為6%。

　　對于活性炭吸附煙氣中的元素汞。除汞測試表明，熱解溫度為700°C時，活性炭的除汞效率為86%。氧氣的存在促進(jìn)了元素汞的去除。當(dāng)熱解溫度升至900°C時，活性炭趨于團(tuán)聚，導(dǎo)致結(jié)晶相粒徑急劇增加，從而抑制了元素汞的去除。但在更高的熱解溫度下會增加。活性炭的BET表面非常差，當(dāng)熱解溫度不高于500°C時，幾乎不會產(chǎn)生鈷元素，導(dǎo)致除汞效率低。無論如何，活性炭可以用于吸附去除元素汞，而不是通過化學(xué)改性添加鈷，從而可以在燃煤煙氣中去除汞。

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