UV/TiO_2光催化氧化工艺脱汞的试验研究

UV/TiO_2光催化技术在TiO_2催化剂的作用下可将烟气中Hg~0氧化脱除。利用自制的UV/TiO_2氧化试验台研究了影响Hg~0去除率的相关因素,结果表明,在无催化剂和有紫外灯情况下可脱除少量Hg~0;Hg~0去除率随催化剂活性组分含量的增加而上升,但上升速率逐渐下降;在温度(50～200)℃范围内,Hg~0去除率无明显变化;Hg~0去除率随着Hg~0初始浓度的升高逐渐下降;Hg~0去除率随着烟气中氧含量先上升后趋于不变。UV/TiO_2氧化工艺脱汞可为燃煤电厂烟气脱汞提供理论指导。     

基于UV/H_2O_2和UV/PS工艺降解水体中磺胺吡啶研究

采用高级氧化技术-紫外/双氧水(UV/H_2O_2)和紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺降解磺胺吡啶(SPY)。研究表明,紫外与氧化剂(H_2O_2、PS)联用可显著提高去除率,其反应符合拟一级动力学模型。目标污染物磺胺吡啶的去除率在一定浓度内随着氧化剂H_2O_2和PS浓度升高而升高;磺胺吡啶初始浓度越大,反应速率越小;UV/H_2O_2工艺降解磺胺吡啶最大去除率发生在p H=3,而UV/PS工艺降解SPY在p H=11时去除率最大;Na Cl会抑制UV/H_2O_2和UV/PS工艺对目标污染物的降解,而适当的Na HCO_3可促进降解反应的进行;腐植酸对UV/PS工艺产生抑制作用,低浓度腐植酸(≤1 mmol/L)对UV/H_2O_2工艺则有促进作用。     

基于UV/H_2O_2和UV/PS工艺降解水体中磺胺吡啶研究

采用高级氧化技术-紫外/双氧水(UV/H_2O_2)和紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺降解磺胺吡啶(SPY)。研究表明,紫外与氧化剂(H_2O_2、PS)联用可显著提高去除率,其反应符合拟一级动力学模型。目标污染物磺胺吡啶的去除率在一定浓度内随着氧化剂H_2O_2和PS浓度升高而升高;磺胺吡啶初始浓度越大,反应速率越小;UV/H_2O_2工艺降解磺胺吡啶最大去除率发生在p H=3,而UV/PS工艺降解SPY在p H=11时去除率最大;Na Cl会抑制UV/H_2O_2和UV/PS工艺对目标污染物的降解,而适当的Na HCO_3可促进降解反应的进行;腐植酸对UV/PS工艺产生抑制作用,低浓度腐植酸(≤1 mmol/L)对UV/H_2O_2工艺则有促进作用。     

SO_2活化改性石油焦吸附剂的汞吸附特性

利用SO_2气体对石化工业副产物石油焦进行活化改性以制成富硫高活性脱汞吸附剂(SAPC)。在固定床实验装置上进行SAPC吸附脱除汞的实验研究,考察吸附温度、入口Hg~0浓度、烟气成分以及热再生等因素对脱汞特性的影响规律,同时结合比表面积及孔隙度分析、元素分析和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段深入分析SAPC的汞吸附机理。结果表明,SO_2活化改性石油焦的物理和化学特性得到极大改善,羰基、酯基以及非氧化态硫是Hg~0的主要活性吸附位。吸附温度的升高会抑制对Hg~0的吸附脱除,烟气中较高的Hg~0浓度会降低汞脱除效率,但对其汞吸附速率有促进作用。SO_2对SAPC的脱汞性能影响较小,O_2易将Hg~0氧化成为更容易与含氧、含硫官能团结合的氧化态汞,从而促进对Hg~0的脱除。热再生时吸附态汞化合物受热分解的过程伴随着吸附剂表面化学活性位的损失,导致再生后汞吸附性能大幅下降。     

UV/H2O2降解水中含氮消毒副产物-苯乙腈的动力学和影响因素

采用UV/H_2O_2高级氧化技术处理水中含氮消毒副产物苯乙腈,研究了影响苯乙腈降解的因素。结果表明,单纯UV体系中,去除效果不明显。UV/H_2O_2对苯乙腈具有较高的去除率,且降解符合一级反应动力学。随着过氧化氢投加量增大,苯乙腈的去除率呈先增大后减小的趋势,且在投加量为20 mg/L时可达94.9%;溶液初始浓度的增加会提高去除效果,且动力学速率常数增加;降低溶液pH值、增大紫外辐射剂量有利于降解速率和去除率的提高;自来水为基质对降解苯乙腈的影响不明显;Cl~-、Mg~(2+)、Al~(3+)对苯乙腈去除有一定的抑制作用,抑制率达20.9%以上。文中将UV/H_2O_2高级氧化技术应用于控制苯乙腈,以期为水中苯乙腈的降解提供基础理论。     

O_2/CO_2气氛下煤中汞的释放特性

在立式管式炉实验装置上研究了O_2/CO_2气氛下煤中汞释放特性,考察了21%O_2/79%N_2和21%O_2/79%CO_2两种气氛下Hg~0(g)的释放特性、富氧气氛下O_2和CO_2浓度对Hg~0(g)释放特性的影响。结果表明:汞质量平衡率为83.75%~114.1%,验证了实验结果的准确性。在250~400℃之间,O_2/N_2气氛中Hg~0(g)的释放浓度高于O_2/CO_2气氛;在400~600℃范围内,O_2/CO_2气氛中Hg~0(g)的释放浓度略高于O_2/N_2气氛;富氧气氛下O_2浓度越高,Hg~0(g)的释放浓度越低,O_2对Hg~0(g)的氧化具有促进作用;富氧气氛下CO_2浓度由0升至30%时,其浓度变化对Hg~0(g)氧化的影响不大,而由30%升至50%时,Hg~0(g)的释放浓度增加,高浓度的CO_2可能会抑制Hg~0(g)的氧化。     

燃煤电厂汞脱除特性及迁移规律

为了研究燃煤电厂汞的脱除特性及迁移规律,采用美国EPA推荐使用的OHM标准方法测试了不同燃煤电厂煤粉炉排放烟气中汞的形态及质量浓度,分析了主要烟气净化设施对汞排放的影响。结果表明,SCR系统催化剂可将部分Hg~0催化氧化成Hg~(2+),促进了汞在飞灰上的吸附和在WFGD系统内的吸收,ESP系统和WFGD系统对汞脱除起主要作用,脱除效率合计超过60%,WESP系统对烟气中汞的脱除效果有限;煤中灰分含量能够影响颗粒汞与气态汞之间的比例;烟气中SO_2浓度会对Hg~(2+)的吸收产生抑制作用,造成Hg~0的重新排放;炉渣对汞的富集能力有限,电场灰和石膏对汞具有很强的富集作用,且飞灰的粒径越小,对汞的吸附能力越强。     

H_2O_2氧化燃煤烟气中NO的研究现状与展望

NO氧化是燃煤烟气硫、氮联合脱除的关键，H_2O_2常被应用于氧化烟气中的NO。对Fenton/类Fenton体系、UV/H_2O_2体系、H_2O_2热分解体系及其他H_2O_2氧化体系等4种常用的氧化体系的研究现状进行了总结，并分析了各种技术优缺点。对H_2O_2氧化NO技术提出展望：可以采用调控体系反应路径的方法以保证氧化性自由基生成及有效利用，进一步突破NO与液相体系的传质速率的限制，开发经济高效的尾部硫氮协同吸收技术、产物高值化转化及利用技术。     

Fe_3O_4协同H_2O_2气相高级氧化单质汞的机理

利用密度泛函理论分别研究了H_2O_2分子在Fe_3O_4(111)、(110)和(001)表面分解特性,并对单质汞在H_2O_2/Fe_3O_4体系的反应特性进行了研究。对比不同构型的结合能、Mulliken电荷转移和分态密度分析,详细讨论了H_2O_2分解产生羟基的规律以及Hg0的氧化态中间产物成键特性。结果表明:H_2O_2分子在Fe_3O_4(111)、(001)A和(110)A表面更容易分解产生羟基;不同表面产生的羟基对Hg0具有不同的氧化活性;Hg~0在表面羟基的作用下可有效通过电荷转移实现氧化。对比分析了三种表面汞氧化态中间产物的脱附路径,HO—Hg—OH和Hg—OH的表面脱附是主要的反应路径。     

Fe_2O_3/硅藻土催化剂同时脱除煤气中气态Hg~0和H_2S

采用等体积浸渍法制备了Fe_2O_3/硅藻土催化剂。研究了在模拟煤气气氛下,催化剂对Hg~0和H_2S吸附的影响,其中,主要考查了Fe_2O_3负载量、反应温度、气氛、空速以及Hg~0浓度的影响。结果表明,随着负载量的增加,催化剂脱除Hg~0的能力先增加后减小,Fe_2O_3负载量为8%时,脱除Hg~0的能力最好。在50℃~300℃的范围内,催化剂在150℃时,脱除Hg~0和H_2S的能力较好。H2_S和O_2促进了催化剂对Hg~0的脱除。低空速、低汞浓度下,有利于催化剂对Hg~0和H_2S的脱除。     

CuO改性商用选择性催化还原催化剂催化氧化单质汞性能

燃煤烟气中单质汞（Hg⁰）的高效氧化是提高燃煤电厂脱汞效率的关键,为提高传统选择性催化还原（SCR）催化剂氧化Hg⁰的性能,本文采用溶液浸渍法制备了CuO-SCR催化剂,在固定床反应装置上考察了其脱硝协同氧化单质汞性能,并借助BET、XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,CuO的掺杂显著提高了商用SCR催化剂的Hg⁰氧化性能和低温脱硝活性;在200~400℃内,随着反应温度升高和NO+NH₃浓度增大,NH₃对CuO-SCR催化剂的Hg⁰氧化性能抑制作用加强;在350℃、模拟燃煤烟气条件下,随着空速比的减小,催化剂的Hg⁰氧化性能显著提高,NH₃对Hg⁰氧化的抑制作用明显减弱。催化剂表征结果表明,CuO-SCR催化剂表面存在氧化还原反应V⁴⁺+Cu²⁺?V⁵⁺+Cu⁺,增强了催化剂的催化活性。Hg⁰在CuO-SCR催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制,能够有效增强催化剂的Hg⁰氧化性能。     

高级氧化法在烟气脱硫脱硝脱汞中的应用研究进展

近年来,面对大气污染日益严峻的现状,用于燃煤烟气中SO₂、NO_x和Hg⁰的控制技术的研发显得尤为关键。鉴于高级氧化法在污水处理领域较好的应用效果,对于将其用于烟气处理的研究也已展开。本文主要从高级氧化法用于单独脱硝、脱汞和同时脱硫脱硝以及三者联合脱除这4个方面进行了较为详细的综述。重点分析了光催化氧化、蒸发Fenton试剂、多相催化剂、UV/Fenton技术等氧化法在烟气处理领域的研究现状。分析表明,通过对诸多影响因素以及催化剂选择和改性等方面的试验与调控,可使SO₂、NO_x和Hg⁰的脱除率达到90%左右甚至更高的水平,但仍然存在着·OH自由基量难控制以及脱除效率难维持等问题。由此指出,在今后对于将高级氧化法用于燃煤烟气联合脱除的研究中,需要进一步尝试基于多方法融合的完整、稳定、高效脱硫脱硝脱汞的新思路。     

100MW燃煤电厂非碳基吸附剂喷射脱汞实验研究

选取一个100 MW燃煤电厂对氯化铜改性氧化铝和氯化铜改性沸石进行喷射脱汞实验,应用EPA 30B标准方法对静电除尘器(ESP)前后烟气中的汞价态分布进行了采样和测试.研究了吸附剂喷射量对烟气中汞脱除率的影响.现场测试的汞平衡结果为77.1%～111.5%.经修正的汞平衡结果表明,吸附剂喷射量越大,脱汞率越高.改性氧化铝的脱汞率最高可达30.6%,改性沸石的脱汞率最高可达29.2%.喷射非碳基吸附剂后烟气中元素汞(Hg⁰)显著下降,在喷射量为0.22 g·m^-3时,两种吸附剂可将烟气中Hg⁰比例由40%降低至22%左右,减少的Hg⁰主要转化为Hg^P.非碳基吸附剂与湿法脱硫(WFGD)系统协同使用可以有效减少Hg⁰向大气中的排放.     

Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验

采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO₂、TiO₂-Al₂O₃（TiAl）、MnO₂/TiO₂（MnTi）和MnO₂/TiO₂-Al₂O₃（MnTiAl）样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al₂O₃掺入TiO₂后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）和化学吸附氧（O*）在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg⁰过程中,将Hg⁰氧化为Hg²⁺的同时,催化剂表面Mn³⁺、Mn⁴⁺和O*浓度均被消耗,同时烟气中的O₂能将催化剂表面较低价态的锰离子（Mn²⁺和Mn³⁺）重新氧化为高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）,并且能补充催化剂表面的化学吸附氧（O*）,进而实现催化剂催化氧化Hg⁰过程。     

烟气及飞灰组分对溴改性飞灰脱汞特性的影响

燃煤飞灰中的未燃碳（unburned carbon,UBC）和金属氧化物因对汞有一定的吸附和氧化作用而被认为是燃煤电厂廉价的潜在脱汞吸附剂,但效率有待提高。文章选取两种UBC含量不同的飞灰,采用质量分数1%的NH₄Br溶液对其浸渍改性,利用固定床汞吸附实验台探究了烟气组分（O₂、SO₂和NO）以及飞灰中无机金属氧化物对汞吸附和氧化的影响,以期获得高效脱汞吸附剂吸附机理。结果表明,O₂对于溴素改性飞灰氧化汞有较小的促进效果,SO₂具有一定的抑制作用,NO促进Hg⁰的氧化效果明显;溴素改性飞灰中的Fe₂O₃和TiO₂对Hg⁰的氧化起着主要作用,原因在于溴素改性增加了金属氧化物Fe₂O₃和TiO₂中的晶格氧含量,促进了Hg⁰的催化氧化,主要遵循Mars-Maessen机理。另外,UBC含量对飞灰脱除Hg⁰的影响很大,溴素嵌入飞灰表面的UBC时,会使其邻域的活性加强,从而增强碳质表面对Hg⁰的吸附能力,促进了后续反应的进行。     

生物质再燃焦管道喷射脱汞性能

采用高温携带流反应装置在1050℃和1150℃条件下制备了稻壳再燃焦（RH1050和RH1150）和小麦秸秆再燃焦（WS1050和WS1150），并分别将其与燃煤灼烧飞灰混合制成相应的脱汞吸附剂。在吸附剂管道喷射脱汞实验装置上，研究了生物质种类、吸附温度、初始汞浓度和烟气组分（SO₂、NO和HCl）对生物质再燃焦管道喷射脱汞性能的影响，并结合生物质及其再燃焦的理化特性分析，探讨了单质汞（Hg⁰）脱除机理。结果表明：4种生物质再燃焦平均脱汞效率相差不大，约为30%，稻壳再燃焦的脱汞效率略高于小麦秸秆焦。随着吸附温度的升高，RH1050脱汞效率持续增加，RH1150脱汞效率则呈现波动变化趋势。随着初始汞浓度的升高，稻壳再燃焦的平均脱汞效率均呈现先增大后减小的趋势，初始汞浓度为25μg/m³时RH1050和RH1150的平均脱汞效率最大，分别为35.6%和37.1%。SO₂对生物质再燃焦管道喷射脱汞具有一定的抑制作用，NO具有一定促进作用，而HCl的促进作用更为显著，且当HCl浓度大于50μL/L时，生物质再燃焦的平均脱汞效率均在90%以上。     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。     

温度对载氧体还原过程中汞的析出特性及形态分布的影响

化学链燃烧是近年来提出的一种具有高效、内分离CO₂特点的新型燃烧方式。本文在立式管式炉实验装置上研究了温度对基于Fe₂O₃载氧体的煤化学链燃烧载氧体还原过程中汞析出特性的影响,探讨了不同燃烧温度下燃料反应器（FR）出口烟气组分的变化及其对汞迁移变化的影响。结果表明：在高温条件下（≥ 800℃）,煤中的汞在载氧体还原过程中基本全部析出,180s时基本达到90%,并且随着温度升高而增加;FR出口烟气中的汞主要以单质态（Hg⁰）形式存在,各工况下的单质态汞占烟气中气态总汞比例都在88%以上,随着温度的升高,烟气中Hg⁰/Hg^T略有降低;温度对烟气组分具有影响,随着温度的升高,CO、NO和SO₂浓度上升;对于汞而言,SO₂会抑制Cl及Cl₂的形成从而抑制Hg⁰向Hg²⁺转化,NO会直接或间接促进汞的氧化过程,FR烟气中以CO为主的还原性气氛不利于汞的氧化。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂,通过物理化学表征和烟气模拟台架实验,研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明,Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用,但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率,且受烟气中邻二甲苯影响较小;但受SCR气氛与Hg⁰抑制,邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。