可再生磁性載銀纖維性能表征及其脫除煙氣痕量Hg0的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、汞作為大氣污染物之一，已經(jīng)受到越來(lái)越高的重視。燃煤電廠是人為汞排放的主要來(lái)源之一，而燃煤煙氣脫汞的重點(diǎn)則在于零價(jià)汞的脫除。活性炭噴射（ACI）是目前實(shí)際應(yīng)用較為成熟的煙氣脫汞技術(shù),然而ACI脫汞成本較高。此外，對(duì)于銷(xiāo)售燃煤過(guò)程產(chǎn)生的飛灰用于水泥生產(chǎn)制造業(yè)，碳含量（或其他化學(xué)物質(zhì)添加）的增加會(huì)產(chǎn)生不利的影響。制備磁性的吸附劑，則脫汞過(guò)程之后，經(jīng)磁分離即可將吸附劑從飛灰中分離并使飛灰不受污染。貴金屬如金、銀、鈀、鉑等可以與汞形成可逆的汞合金

2、，如銀，可以在高溫下與汞結(jié)合形成銀汞齊，并且銀汞齊可于一定溫度下分解釋放汞，但金、鈀、鉑的成本較高，實(shí)用性不強(qiáng)。將貴金屬以納米顆粒的形式與載體結(jié)合增加可利用的貴金屬表面積，可進(jìn)行有效的傳質(zhì)過(guò)程。基于上述理論與研究方法，探尋與袋式除塵器濾料相結(jié)合的，以濾袋用過(guò)濾材料為載體的可再生磁性吸附劑。為了保護(hù)磁性粒子不被氧化或在酸性條件下腐蝕、溶解，將磁性粒子用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可靠的的二氧化硅外殼包覆。為此，本工作的主要方向?yàn)檠芯亢烷_(kāi)發(fā)新型的以濾袋用過(guò)

3、濾材料為載體的貴金屬負(fù)載型可再生磁性吸附劑，選取成本較金、鈀、鉑低的銀作為負(fù)載的貴金屬，用于脫除煙氣中的零價(jià)汞。
　　首先選取了五種能夠耐高溫的無(wú)機(jī)濾料用纖維：聚四氟乙烯（polytetrafluoroethene，PTFE）纖維、玻璃纖維（glass fiber）、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)纖維、芳綸(polysulfonamidefibre, PSA)和聚酰亞胺（polyimide，P84）

4、纖維，并對(duì)五種不同的纖維進(jìn)行鹽酸浸漬預(yù)處理，以求能夠達(dá)到更佳的負(fù)載效果。對(duì)五種不同的纖維的預(yù)處理過(guò)程前后進(jìn)行了掃描電鏡（SEM）表征分析，以觀察纖維表面的形態(tài)變化。將實(shí)驗(yàn)制得的硅涂層的Fe3O4納米粒子分別與五種不同的纖維通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合得到磁性纖維，隨后對(duì)磁性纖維進(jìn)行載銀過(guò)程并添加有機(jī)改性劑3-MPTS（3-巰基丙基三甲氧基硅烷）得到磁性載銀纖維。通過(guò)以下表征分析：比表面積（BET）分析、X射線（XRD）分析與傅里葉紅外衰減全反射光譜（

5、ATR-FTIR)法分析，來(lái)研究磁性載銀纖維表面上官能團(tuán)的種類(lèi)，并且測(cè)定了五種不同磁性纖維的載銀量，對(duì)Fe3O4粒子、SiO2涂層Fe3O4粒子（Fe3O4@SiO2）與磁性載銀PTFE纖維三份樣品進(jìn)行磁特性分析，分析測(cè)試結(jié)果表明：三份樣品均具有超順磁性；有機(jī)改性劑能很好的負(fù)載到磁性纖維表面上；制備的磁性PTFE纖維的載銀量最高。
　　本論文中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)主要是在固定床實(shí)驗(yàn)裝置上模擬煙氣中氣態(tài)零價(jià)汞(Hg0)的脫除，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)

6、定可靠性測(cè)試，其次研究了僅經(jīng)過(guò)預(yù)處理過(guò)程的五種不同纖維對(duì)模擬煙氣Hg0的吸附效果。在此基礎(chǔ)上，又分別以這五種纖維為載體的磁性載銀纖維作為吸附材料，研究了其對(duì)模擬煙氣中Hg0的脫除效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：五種吸附材料中磁性載銀PTFE纖維Hg0脫除效果最高，可達(dá)76.5％。對(duì)于不同的操作條件：汞蒸氣入口濃度對(duì)磁性載銀PTFE纖維脫汞效果影響不大；不同吸附反應(yīng)溫度對(duì)磁性載銀PTFE纖維脫汞效果影響很大。然后，實(shí)驗(yàn)研究了不同氣體組分NO、SO2、

7、HCl等對(duì)磁性載銀PTFE纖維吸附模擬煙氣中Hg0效果的影響，并分析了磁性載銀PTFE纖維的磁分離回收率與其硅涂層Fe3O4含量的關(guān)系，結(jié)果表明：磁性載銀PTFE纖維的磁分離回收率隨著其硅涂層 Fe3O4含量的增加而提升，當(dāng)硅涂層Fe3O4含量達(dá)到33%時(shí)，磁分離回收率高達(dá)91.62%；相對(duì)硅涂層Fe3O4含量為15%時(shí)的81.46%的磁分離回收率升高了10.16%。高的磁分離回收率對(duì)于快速高效且低成本處理燃煤煙氣重金屬汞污染具有重要實(shí)

8、用價(jià)值。
　　優(yōu)選脫汞效率最高的磁性載銀PTFE纖維，在N2氛圍下對(duì)其進(jìn)行加熱進(jìn)行再生過(guò)程，實(shí)驗(yàn)研究了三種不同的加熱再生溫度:150℃、200℃、250℃對(duì)再生后的磁性載銀PTFE纖維的吸附效果的影響，再生后的磁性載銀PTFE纖維吸附效率逐漸降低，可循環(huán)使用次數(shù)為5次左右。最后本文通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)合模擬煙氣Hg0脫除實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)磁性載銀PTFE纖維的脫汞過(guò)程進(jìn)行了Langmuir吸附等溫模型分析、動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)初步研究，并進(jìn)行再