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活性炭硫改性后吸附氯化汞
文章作者:韩研网络部 更新时间:2018-4-19 14:36:14

  活性炭硫改性后吸附氯化汞,将活性炭放入气态元素硫的环境中在400和650℃的温度下浸渍,碳和硫的质量比为1:3。硫扩散到活性炭的微孔中的能力在400℃和650℃之间显着不同,导致活性炭的硫含量明显不同。通过热重分析(TGA)检查硫浸渍的活性炭对气相氯化汞(HgCl 2)的吸附能力。在入口HgCl 2浓度为100,300 和500μg/ m 3时,TGA的分析精度高达10 -6 g,吸附时间3小时,吸附温度150℃,模拟城市固体废物焚烧炉排放的烟气。实验结果表明,硫改性可以稍微降低活性炭的比表面积。硫改性后的高表面积活性炭具有丰富的中孔和微孔,而低表面积活性炭具有丰富的大孔和中孔。硫改性后硫分子均匀分布在内孔表面,活性炭的硫含量从2-2.5%增加到5-11%。硫磺改性后,HgCl 2的吸附能力高表面积硫化活性炭达到1.557毫克/克(比原始活性炭高22倍)。

  在焚烧城市固体废物期间,会产生一些有害物质并将其排放到大气环境中。废物中的重金属是最难去除的,特别是作为空气污染物的汞由于其对环境和人类健康的危害而受到重视。元素汞及其衍生物(如HgCl2和HgO)具有相对较高的蒸气压,并且如果未被空气污染控制装置有效去除,它们很容易从固体废物焚化炉排出。有三种典型的从固体废物焚烧炉中去除氯化汞的控制技术:活性炭注入,硫化钠注入和湿法洗涤。其中,由于HgCl2的高去除效率,活性炭注入已被广泛使用。活性炭因其优异的吸附性能而变得越来越有趣。目前,垃圾焚烧炉中使用的粉状活性炭大部分是通过物理或化学活化由椰子壳,木材,煤炭和其他含碳原料生产的。但是低成本材料制成的活性炭是最好的选择。

  本研究中使用的活性炭包括三种表面积(高,中,低),全部采用不同速度和活化时间的低成本材料生产。使用氮气作为保护气体以产生低成本材料热解的厌氧或缺氧条件,氮气流量为0.5L / min。然后放入高温炉中,在设定温度下进行热解,以制备具有不同特异性的活性炭表面区域。常规的活性炭硫改性方法使用硫化钠(Na 2 S)水溶液浸渍。然而,这项研究使用汽相元素硫(S 0)的气流在高温下改性活性炭。将活性炭(约1g)造粒并与元素硫(约3g)均匀混合。然后将混合物在硫改性反应器中在400或650℃下以100mL / min通入氮气加热3小时。在400和650℃的温度下,元素硫扩散到活性炭的中孔和大孔中的能力显着不同,导致活性炭的硫含量明显不同。此外,一些研究报道碳与硫的质量比为1:4。然而,上述研究表明,以1:3的碳-硫质量比生产的硫浸渍活性炭的吸附容量优于1:0.5,1:1,1:2和1:4。因此,在本研究中进行的实验使用以1:3的碳-硫质量比生产的硫浸渍活性炭。

  活性炭的孔结构特征

  硫浸渍活性炭由大量微孔组成,高硫含量增强了活性炭对氯化汞的吸附能力。微孔通常具有大部分HgCl2吸附的活性位点,而大孔和中孔作为运输路线。图21显示了分别放大5000,10,000和20,000倍的硫浸渍活性炭的ESEM图像。如图1所示,主要在活性炭表面发现大于500的大孔,中孔和微孔隐藏在活性炭内部。在硫浸渍之后,硫分子可以扩散并沉积在活性炭的微孔上,并且可能堵塞过渡路径。

  图1.硫浸渍活性炭的ESEM照片。

  活性炭吸附氯化汞的结果

  硫改性工艺有效地提高了HgCl 2的饱和吸附能力,高表面积活性炭达到1.557 mg / g(比原始活性炭高22倍); 即使是那些表面积低的产品也达到了0.950 mg / g(比原始活性炭高13倍以上)。此外,在相同的入口氯化汞浓度下,硫浸渍活性炭对氯化汞的饱和吸附容量随着活性炭表面积的增加而增加,这与文献中提到的物理吸附趋势相似。因此,硫浸渍活性炭的BET表面积对HgCl 2的饱和吸附容量起着重要作用。

  HgCl 2吸附曲线可分为两个吸附阶段。原生活性炭吸附HgCl 2的能力通常在10分钟内达到饱和状态。因此,比较HgCl 2在<10和10-60分钟的时间间隔内的吸附速率是值得的。在第一吸附阶段(10分钟内),由于HgCl 2分子可能由于物理吸附而扩散到大孔和中孔中,因此无论HgCl 2的进口浓度如何,HgCl 2的吸附速率都快速且稳定地上升。在第二吸附阶段(10分钟后),HgCl 2的吸附变慢,因为HgCl 2分子逐渐扩散到中孔和微孔中。此外,由于高表面积的活性炭具有大量的中孔和微孔,并且含有更多的硫,因此高表面积的硫浸渍活性炭对HgCl 2的吸附能力远高于中等或低表面积的HgCl 2的吸附能力在过渡孔隙中。HgCl 2浓度越低,HgCl 2分子扩散到微孔中的量越少,不同活性炭之间的HgCl 2吸附量越低。因此,活性炭的BET表面积在低入口HgCl 2下稍微影响HgCl 2的吸附浓度。另外,由于分子扩散驱动力的增加,活性炭对HgCl 2的吸附容量随着入口HgCl 2浓度的增加而增加。在相同的吸附温度下,进口HgCl 2浓度的增加提高了HgCl 2的扩散速率,并缩短了饱和吸附时间,其允许的HgCl2分子容易进入活性炭的微孔内,因此,增加的HgCl的吸附能力2。

  表1. 硫浸渍活性炭的氯化汞吸附速率。

活性炭样品 400S 650S
入口氯化汞浓度(μg/米3 500 300 100 500 300 100
10分钟内氯化汞吸附率(μg/ g·min) 0.0267 0.0173 0.0089 0.0299 0.0229 0.0161
氯化汞在10-60分钟内的吸附率(μg/ g·min) 0.0040 0.0024 0.0041 0.0030 0.0021 0.0007
:400S:在400℃下用硫浸渍的高表面积活性炭; 650S:在650℃下用硫浸渍的高表面积活性炭

  粉末活性炭注入后织物过滤的控制技术通常用于去除固体废物焚烧炉中的HgCl 2。粉末状活性炭注入管道需要非常短的时间,并且收集在织物过滤器中的粉状活性炭的停留时间约为1小时。因此,这项工作只研究了HgCl2的吸附速率用于高表面积的活性炭。表1表明,氯化汞的吸附率2由硫浸渍的活性炭在10分钟内(400S和650S)为在0.0089-0.0299微克/克·分钟的范围内,和氯化汞的吸附率2随着入口HgCl 2浓度的增加而增加。然而,由于低硫活性炭具有丰富的大孔和中孔,所以低硫活性炭对HgCl 2的吸附率高于高硫活性炭。此外,HgCl 2活性炭(400S和650S)在10〜60min内的吸附率在0.0007〜0.0041μg/ g·min范围内,明显低于第一阶段。这一结果表明,当粉状活性炭留在织物过滤器中时,1小时内没有HgCl 2渗透,并且高硫活性炭具有最高的HgCl 2饱和吸附容量。结果表明,与原始活性炭相比,硫浸渍活性炭在60分钟内具有相对高的吸收率。因此,确认了应用硫浸渍活性炭从固体废物焚化炉中除去氯化汞的可行性。

  低成本材料制成的活性炭表现出与商用活性炭相似的表面积,并且活性炭的硫改性有效地增强了氯化汞的饱和吸附能力。具有高表面积的硫浸渍活性炭的最大吸附容量达到1.557 mg / g(比原活性炭高约22倍)。硫浸渍活性炭在400℃下对氯化汞的饱和吸附容量明显高于650℃时的吸附容量,这是由于硫浸渍活性炭对氯化汞的化学吸附。另外,活性炭在400和650℃时的硫含量分别从2%显着增加到10%和6%。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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