博士学位论文答辩PPT_20140605.pptx

1、博士学位论文答辩 改性活性炭纤维脱除燃煤烟气中多种污染物的机理及试验研究 华中科技大学： 指导教师：,论文主要研究内容,ACF吸附脱除SO2的实验研究,SOX/NOX/VOC/Hg0联合脱除的中小规模试验,我国大气污染特征：未来数十年内，仍以煤烟型为主,20012010中国能源消费结构 （数据来源：国家统计局）,2020、2030年我国电源装机结构预测,燃煤烟气污染物的排放与危害,20002012年，SO2排放总量总体逐年减少,20062010年，NOX排放总量逐年增加,VOC排放源清单目前尚不完备，燃煤烟气中的 VOC排放可能被低估。,燃煤汞排放逐年增加，未来将超过有色金属冶炼汞排放,燃煤烟

2、气多种污染物联合脱除技术,电子束-脉冲电晕法,臭氧氧化-化学吸收法,金属催化法,活性炭吸附法：其最大优势在于同时对所有的污染物质都具 有吸附脱除的能力，并且与其它方法截然不同的是，污染物组分浓度越低，效果越好。,活性炭纤维（ACF）吸附法：ACF为第三代活性炭材料，是一种高效新型吸附剂，具有吸脱附速率快、活性更强、理化特性更好、吸附容量更高等优势。,本文研究内容,燃煤的排放现状分析 ACF活化改性实验与理化特性分析 SO2、NO、VOC、Hg0的吸附脱除实验及机理分析 实际燃煤烟气条件下的多污染物联合脱除试验,本文研究意义,探索ACF联合脱除燃煤烟气中多种污染物的新技术 进一步揭示ACF吸附S

3、OX/NOX/Hg/VOC的机理，深入认识各组分间的相互影响及协同作用 探索效果更佳的ACF深度活化改性新方法 检验资源化燃煤烟气中酸性废气的可能,改性的目的,调整ACF的表面物理特性和化学特性 比表面积 孔容 孔径 表面含氧官能团的种类及分布 表面含氮官能团的种类及分布,改性手段,化学试剂改性：KMnO4、H2O2、NH4OH、H2SO4、KOH、NaClO、单质硫 UV/Fenton试剂复合改性：OH*自由基团 煅烧/化学试剂复合改性：热解含氧官能团,改性实验所获规律,几乎所有的改性方法都造成比表面积降低，孔容减小 KMnO4、H2O2、NaClO等氧化性试剂：无造孔作用，表面物理特性恶化

4、，孔径增加，含氧官能团增加 KOH、NH4OH等碱性试剂：有造孔作用，孔容比表面积均减小，孔径却也减小 Fenton试剂：有造孔作用，孔径轻微减小，氧官能团增加 煅烧：有造孔作用，含氧官能团因热解减少，比表面积，孔容恶化，但孔径减小,活性炭吸附脱除SO2的机理,主要包括：水合、吸附、氧化三个过程,ACF吸附脱除SO2的实验研究,实验选用的样品,ACF吸附脱除SO2的实验研究,ACF-AR：未改性（1200型） ACF-H2O2：双氧水修饰，产生大量含氧官能团 ACF300、ACF450、ACF600：硫浸渍（300、450、600），消除含氧官能团 ACF-AR-1600：未改性（1600型）

5、 ACF-NH4OH-1600：氨水浸渍，引入含氮官能团 ACF-H2SO4-NH4OH-1600：硫酸/氨水复合改性，引入含氮官能团 选用原因：含氧官能团存在差异，便于考察其作用效果和机理；氨水修饰的样品引入了含氮官能团，便于考察含氮官能团的效果。,实验结果和机理分析,ACF吸附脱除SO2的实验研究,实验目的,ACF吸附脱除NO的实验研究,由于之前课题组使用改性ACF脱除NO，效率只能到70%， 因而，本部分内容重点在于：通过大量的ACF改性实验，找到效果更佳的改性方法，以提升NO的脱除效率。,改性方法,化学试剂改性：KMnO4、H2O2、NH4OH、H2SO4、KOH、NaClO UV/F

6、enton试剂复合改性：OH*自由基团 煅烧/化学试剂复合改性：热解含氧官能团,实验结果和分析,ACF吸附脱除NO的实验研究,相关说明,模拟烟气实验，通常以甲苯、苯、苯酚、氯苯等作为VOC替 代物，且甲苯也是VOC排放控制标准中的重点监控组分，本 文选取甲苯作为VOC的替代物。,甲苯分子在微孔内的吸附行为,图4.4 甲苯分子在ACF表面微孔内的吸附示意图,1、甲苯分子的微观尺度范围为：3.77.0 2、微孔直径为甲苯的分子的2到3倍 3、微孔内壁分布着各种含氧官能团 4、这种独特的构造，对甲苯分子在微孔内发生物理或化学吸附有利。,实验结果和分析,实验选用的样品,ACF-AR：未改性（1200型

7、） ACF-H2O2：双氧水修饰，产生大量含氧官能团 ACF300、ACF450、ACF600：硫浸渍（300、450、600），消除含氧官能团 选用原因：含氧官能团存在差异，便于考察其作用效果和机理。,实验结果和分析,试验台架的设计、建造及调试,图6.1 试验台架工艺流程图。,主要技术参数,主要技术细节,主要技术细节,改性方案选取依据,以SO2和NO作为重点脱除对象，经综合考察，选用先硫酸后氨水改性的方法对ACF进行改性处理。该法脱硫效率可达90%，脱销效率可达70%，脱汞效率有70%，且改性试剂为常用化学试剂，价格低廉，便于控制成本。,试验结果与分析,试验过程中的温度分布,试验结果与分析,

8、图6.9试验过程中，NO浓度分布曲线。,符合SO2与NO竞争吸附的机理,试验结果与分析,图6.10试验过程中，SO2浓度分布曲线。,试验结果与分析,图6.11试验过程中，总汞浓度分布曲线,试验结果与分析,图6.13三个不同采样点的VOC浓度,入口浓度,产物回收及特性分析,回收液包含一定浓度的硫酸与硝酸，这表明利用该技术资源化燃煤烟气中的酸性废气组分具备潜在的可能。,再生之后的吸附性能,图6.14吸附剂再生后，试验过程中NO浓度分布曲线,（1）结合改性-表征与污染物吸附脱除实验，发现了不同改性方法影响ACF理化特性的相关规律；验证了ACF表面的内酯基或羧基官能团（COO），是影响ACF样品吸附性

9、能的最主要的含氧官能团；揭示了多孔炭材料表面的含氧官能团能分解强氧化性分子譬如（NO2、O2）并吸附其分解出的氧自由基团O*，并利用这一发现解释了为什么NO2在ACF样品吸附Hg0以及SO2的过程中，会展示出较O2更强的氧化性。 （2）开展了迄今为止规模最大的ACF联合脱除实际燃煤烟气中多种污染物的试验并对副产物的多种化学成分进行测试，论文研究结果表明，ACF不仅吸附脱除SOX、NOX、VOC、Hg等污染物，同时也能脱除含氟和氯的污染物，且回收液具有一定酸性，表明其包含一定浓度的硫酸与硝酸，这一研究工作表明资源化烟气中的酸性组分具有潜在的可能性。在中小规模试验台架运行的有效时间段24小时内，整体脱硫效率在95%以上，脱硝效率在80%以上，Hg的脱除效率达到95以上%，有机污染物的脱除效率达到了54%，且各项污染物的排放浓度均在国家标准规定的限值以内。,（1）开展更多的ACF改性试验，深入全面地掌握多孔炭材料的