改性活性炭吸附单质汞的研究现状_陈元端

Abstract:Mercurycontaminationprimarilycamefromman-madeemissionofcombustionfluegas, whilethecontrol difficultyofthefluegasmercurycontaminationwastheremovalofgaseousmercury.Activatedcarbonwasextensivelytestedanddemonstratedrelativelygoodperformanceinmercuryemissionscontrolfrom bituminouscoal-burningunits.The researchstatusofmodifiedactivatedcarbonforremovalofelementalmercuryinthepast10 yearswasreviewed.
3 载银活性炭
汞与某些金属接 触 , 能生成性能稳 定的汞齐 合金 , 尤其 是不
易氧化的贵金属与汞有相当大的亲 和力 , 由于金属 表面积 不大 ,
吸汞能力有限 , 加之 金属表面在空气中可 氧化 , 生成性 能稳定的 金属氧化物 , 影响了 与汞形成汞齐的能 力 。 为了弥 补不足 , 将银
以微小颗粒的形式 负载 在比表 面积 大的活 性炭 表面上 , 当 这些 银微粒与汞蒸汽接触时 , 迅速而定量地结 合成汞齐 合金 , 由于活
脱除烟气中气态 单质 汞的 有效方 法是 用吸 附剂 吸附 , 常 用 的吸附剂包 括活 性 炭及 改性 活 性炭 、飞 灰 类物 质 、贵 金属 吸 附 剂 、钙基吸附剂 、矿石类吸附 剂 、生物 质类吸附 剂等 [ 4] 。 其中 , 活 性炭具有比表面积大 、吸附量高 、吸附速度 快 、再 生容易 、脱 附速 度快等优点 、且表面含氧官能团能 (如羧基 、内酯基等 )与单 质汞 发生氧化反应促 进汞 的吸附 , 因 而作 为汞的 吸附 剂得到 广泛 的 研究 。 目前 , 粉末状活 性炭已 经被 用于 生活及 医疗 垃圾 焚烧 炉 烟气的汞脱除 。 在烟气脱汞中 , 活性炭 的吸附效 率较低 , 而 对活 性炭进行化学改性可以提高其 吸附气态 汞的能力 [ 5] 。 本文 对近 10年来改性活性炭吸附单 质汞的研究现状进行综述 。
2010年 38卷第 9期
广州化工
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改性活性炭吸附单质汞的研究现状
陈元端
(四川省成都市锦江区环境监测站 , 四川 成都 610061)
摘 要 :汞污染主要来自于人为的燃煤烟气排放 , 而烟气汞污染控制 的难点在 于气态单质 汞的脱 除 。 活性炭 吸附法 是较为成
熟且效果较好的一种 方法 , 本文对近 10年来改性活性炭吸 附单质汞的研究状况进行综述 。
Keywords:modifiedactivecarbon;elementalmercury;mercurycontamination;researchstatus
当前 , 汞作为一种危险化学品已经 遍布全球 的每一 个角落 , 如何防治汞污染成为全球关注 的热点之 一 [ 1] 。 造成汞污染 的主 要人为因素是 燃煤 和垃圾 焚烧 [ 2] 。 在 燃煤烟 气中 , 汞 主要以 单 质汞 (Hg0 )、颗粒 态汞 (Hgp)和氧 化态 汞 (Hg2 +)3 种形式 存在 , 其中颗粒态汞可 以利 用除尘 设备 收集脱 除 , 氧化 态汞因 其易 溶 于水且易附 着 在颗 粒物 上 , 可 用常 规 的污 染物 控 制设 备 除去 。 然而单质汞熔点低 、蒸汽压高 、水溶性差 , 难从烟 气中脱 除 , 能在 大气中长时间停留 , 危害大 , 因 此汞污染控 制技术中 最具有 挑战 性的就是单质汞的脱 除 [ 3] 。
质汞发生氧化还原 反应 , 也可 以接 受烟气 中氧 等配 体的孤 电子
对 , 与活性炭表 面的官 能团 易形成 具有 独特 的催化 性能 的配 合 物 , 这种配合物作为中间产物可对 汞的氧化 — 化学吸附起到 配位
催化作用 , 为模拟烟气中单质汞的吸附提供了适宜的反应表面 。 孙巍等 [ 11] 用 溴处理 Darco-KB活性炭 , 通过对 吸附容量和
1 载卤素活性炭
卤素能使汞发生 氧化反应 , 生成氧 化态的汞 , 容 易被吸 附除 去 , 因此 , 常将卤素 负载 到活性 炭上 , 大 大提高 活性 炭吸 附汞 的 能力 。
Vidic等 [ 6] 用氯化铜处理 烟煤活 性炭 , 制 备了载 氯量 为 1% 和 5%的活性炭 , 研究表明 , 氯的含量对脱汞性能有 显著的影响 , 载氯量为 5%的活性炭的 汞容量 是载 氯量为 1%的活 性炭的 13 倍 。 低温下 , 浸氯的活性炭吸汞量很大 , 但随 温度上 升到一 定程
除汞效果 , 4秒内 即能除去 95%的汞 。
2 载硫活性炭
常温下 , 汞容易与硫发生反应生成 稳定的化 合物硫 化汞 , 因 此载硫活性炭既 可以 提高汞 吸附 效果 , 又可 以防 止汞的 再次 逸 出。
Lee等 [ 14] 对载硫活性炭 进行 研究 , 脱汞 效果与 原始 活性 炭 的孔结构和硫在 活性 炭上的 形态 有很大 关系 , 而 与用来 浸渍 的 硫量关系不大 。 浸渍用的硫量 高 , 活性 炭不一定 脱汞率 高 , 可能 是浓度太高使 大部分 孔道 闭塞 , 反而 降低 了脱 汞效 率 。 载硫 活 性炭对汞的吸附速率 主要受活性炭表面硫 化汞的形 成及其 所处 的位置影响 , 同时活性 炭的汞 容也 会受 到影响 。 Yan等 [ 15] 对 比 多种商业活性炭的汞 吸附性能 , 研究 表明 , 载硫活性 炭的吸 附性 能优于普通活 性炭 。 在 脱汞过 程中 , 载 硫活性 炭发 生物 理吸 附 的同时也发生了化学 吸附 , 随着温度 升高 , 物理吸附 减少而 化学 吸附增加 。 温度过 高脱 汞效果 开始 变差 , 原因 可能 是物 理吸 附 的继续下降和 S-Hg键的 减弱 引起 的 。 当 温度 高于 硫 的熔 点 后 , 硫熔化变成液态 , 减弱 了 S-Hg键 , 而 且液态 的硫 也不利 于 气态汞的扩散 。 邓先伦等 [ 16] 用载 硫活性 炭吸附 气态汞 , 研 究发 现 , 载硫量为 10% ～ 13%的活性炭 , 大部分硫吸 附在活性炭 过渡 孔中 , 使汞蒸气更容 易 、更有效 地与 硫反应 生成 硫化 汞 , 沉积 于 活性炭孔隙中 , 它适 用于常 规方 法除 汞困难 的场 合除去 气体 流 中含汞蒸气 。 Jurng等 [ 17] 认为活 性炭吸 附汞时 是以物 理吸附 为 主 , 而载硫活性炭 是化 学吸 附 , 在表 面发 生化 学反 应生 成 HgS。 根据物理吸附的特征 , 温度升高会减 少汞的吸附 , 但 是对于 化学 吸附 , 吸附量影响很 小 , 这是因 为表 面有化 学键 它不 容易 断裂 , 汞能稳定的吸附在炭 的表面 。 高洪亮等 [ 18] 用硫在不同温度下处 理木质活性炭 , 并考察活性炭的 除汞性 能 , 结 果表明 , 600℃渗硫 活性炭的除汞效果最 为明 显 。 这是 由于 600℃高 温渗 硫与较 低 温度渗硫 相 比 , 可 以 在 活性 炭 的 表 面空 隙 中 形 成较 高 比 率 的 S-C化学键 , 对吸附性能改善较明显 ;而较低渗 硫温度在活 性炭 的表面空隙中形成 S-C化学键的比率较 低 , 对 吸附性能改 善不 明显 。 对于活性炭 来说 , 其空 隙结 构发 达 , 比表 面积 较大 , 进 行 化学改性后 , 硫高度均匀地分布在吸 附剂表面 , 因此 吸附效 果大 为改善 , 汞蒸气 100%穿透时间明显增加 , 在有效吸 附时间内 , 穿 透率大大降低 。
汞的吸附能力均先增大 后减小 , 当盐 酸浓度 为 5M时 , 活 性炭对 汞的吸附容量为 649.5μg/g;当碘化钾浓度为 5%时 , 活性炭对汞
的吸附容量为 680.2μg/g。 盐酸 浓度对 活性 炭吸附 汞的 影响尚
不清楚 , 而碘化钾 浓度 增大 , 会导 致活 性炭比 表面 积减 小 , 导致 汞吸附容量降低 。
作者简介 :陈元端 (1980 -), 女 , 硕士生 , 从事环境监测工作 。 E- mail:cathy133@
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2010年 38卷第 9期
吸附动力学的测 试 , 研究了 载溴 活性 炭对气 体中 的单质 汞的 去
除行为 。 结果表明 , 载 溴可使 活性 炭对 单质汞 的吸 附量 显著 增
10倍 。
Chao等 [ 13] 用 NaCl、CaCl、CuCl、CuBr、NaBr、KBr、CagBr2 处理活性炭 , 并研究这些活性炭对气态汞的吸附性 能 。 经
处理后 , 活性炭吸附 汞的 性能均 显著 改善 , 其 中 NaBr处 理的 活
性炭具有最佳的吸附 效果 , 即使 只参杂 0.1% , 仍 然具 有优异 的
性炭还具有较强的还原性 , 能保护银微 粒表面 不被氧 化 。 因此 , 载银活性炭就成为 一种 具有特 殊吸 汞能力 的材 料 , 很少的 银能
关键词 :活性炭 ;单 质汞 ;汞污染 ;研究现状
ResearchStatusofModifiedActivatedCarbonforRemovalofElementalMercury
CHENYuan-duan (EnvironmentalMonitoringStationofJinjiangDistrict, SichuanChengdu610061, China)
中的二氧化硫对 单质 汞的吸 附速 率略有 抑制 作用 , 但实 验条 件
下其对汞吸附的总体 影响不显著 。 Nelson[ 12] 用溴和溴化氢 处理 活性 炭 , 并比 较其 与未 处理 的
活性炭对气态汞和氯 化汞的吸附效果 , 研究表明 , 经 溴和溴 化氢
后的活性炭对单质汞 和氯化 汞的吸 附量比原 活性炭 增加了 5 ～