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汞是一种有毒物质,由于其易挥发性、生物累积性等特性对人类造成了巨大的危害,已引起世界范围内的广泛关注。近年来以煤气化为基础的多联产技术迅速发展,煤气中汞的脱除尤为重要。煤气中绝大部分汞以单质态(Hg0)存在,且Hg0具有熔点低、难溶于水、平衡蒸汽压高等特点很难去除,成为大气汞污染的重点控制对象。 在固体吸附剂表面将 Hg0氧化转化为易捕捉的氧化态汞(Hg2+)是脱汞技术的主要研究方向。本研究以半焦(SC)为载体,采用浸渍法制备了一系列Mn改性半焦(Mn-SC)及Mn/Ce改性半焦(Mn/Ce-SC)吸附剂,并在煤气气氛下,小型固定床吸附反应器上,测定了原料半焦及改性半焦对气态单质汞(Hg0)的脱除性能。运用 BET、XRD、SEM和 XPS手段对吸附 Hg0反应前后吸附剂表面物理结构和化学性质进行分析,探讨Mn/Ce-SC对Hg0的吸附机理。 首先在N2气氛下,利用单因素法考查了Mn负载量、浸渍温度、热处理温度对Mn-SC脱汞性能的影响。结果表明,Mn改性能显著提高半焦的脱 Hg0效率,在实验考查范围内,Mn负载量为4%,浸渍温度为90℃,热处理温度为500℃时Mn-SC脱汞效率最优,可以达到78%。Mn改性半焦孔隙结构发达,表面MnxOy氧化物的存在都有益于其对Hg0的吸附。 其次,在N2气氛下,将Mn和Ce同时负载于半焦表面所制备的Mn/Ce-SC进一步提高了改性半焦的脱 Hg0性能,Mn/Ce-SC的孔隙结构与原料半焦相比改变不大,表面附有MnxOy和CeO2氧化物,最佳操作条件下Mn/Ce-SC的脱Hg0效率可达90%,然后在 N2中加入 O2,结果表明 O2的加入明显提高了 Mn/Ce-SC的脱 Hg0效率,O2会参与Hg0的吸附氧化反应,在Hg0的吸附转化过程发挥着重要作用。 最后,根据Hg0吸附反应前后Mn/Ce-SC的XPS分析,推测Mn/Ce-SC对Hg0的吸附符合Mars-Maessen机理,即Hg0首先吸附在半焦表面,然后与活性组分MnxOy和CeO2中的晶格氧反应,产生 HgO,在有氧气氛下时消耗的晶格氧由气相中的氧补充,如此Mn/Ce-SC具有较高的脱Hg0效率。