P84掺炭纤维性能表征及其脱除燃煤烟气Hg~0的试验研究

论文摘要

我国是一个以煤炭为主要能源的国家,燃煤烟气释放出的汞蒸气对环境具有很大的污染,活性炭纤维较以往的活性炭吸附材料来说,具有更加优秀的吸附性能,同时基于袋式除尘系统为燃煤电厂重要的过滤除尘设备,将活性炭纤维用于袋式除尘器滤袋的生产制造上,将具有重要的现实意义。本文对活性炭纤维和掺炭纤维对燃煤烟气汞蒸气的吸附性能进行了实验研究,为工业化应用掺炭纤维滤袋提供一定的依据。活性炭纤维具有独特的孔结构和表面化学性质,对重金属汞离子具有一定的吸附性能,为了进一步提高其吸附性能,采用氧化,引入碘离子等方法对活性炭纤维和掺炭纤维进行了表面化学改性,并研究了改性前后活性炭纤维和掺炭纤维对燃煤烟气汞蒸气的吸附性能。采用不同浓度的硝酸对活性炭纤维和掺炭纤维进行改性制得氧化改性的活性炭纤维和掺炭纤维。通过电镜扫描,元素分析,孔结构测定和红外光谱分析,测定了硝酸改性后的活性炭纤维和掺炭纤维的表面官能团含量,研究表明,氧化改性后的活性炭纤维和掺炭纤维的含氧官能团尤其是内酯基和羧基有明显的增加。这两种基团对燃煤烟气汞蒸气的脱除都有良好的促进作用。在不同的实验条件下,研究了PAN基活性炭纤维,PAN-P84掺炭纤维,粘胶基活性炭纤维,粘胶-P84掺炭纤维对燃煤烟气汞蒸气的吸附性能。实验结果表明:在室温和相同汞入口浓度下,相同质量的活性炭纤维中,PAN-ACF对汞的吸附效果好于粘胶基活性炭纤维的吸附效果。同时P84纤维对汞的吸附效果不是很好,在1h内就被穿透。对于掺炭纤维来说,1:1的掺混比制作而成的PAN-ACF-P84掺炭纤维对汞的吸附效果要明显好于10%PAN-ACF+90%P84质量比的掺炭纤维。在制作掺炭纤维滤料时,要认真考虑掺炭纤维的掺混比,使得能够更好的除去燃煤烟气中的汞蒸气,同时又不至于浪费。活性炭纤维和掺炭纤维对汞蒸气的吸附都随着燃煤烟气温度的升高而有所降低,主要原因是活性炭纤维对汞的吸附主要是物理吸附,在较低的温度下,物理吸附的效果更加明显,在不同的入口浓度下,尽管较高的入口浓度导致出口浓度也较高,但是在1h左右,活性炭纤维和掺炭纤维对汞蒸气的穿透率大致相同。硝酸和KI改性的活性炭纤维和掺炭纤维对汞蒸气的吸附脱除实验表明,硝酸改性的活性炭纤维对汞蒸气的脱除随着HNO3浓度的增加,对汞蒸气的脱除也增加。但是高浓度硝酸改性的掺炭纤维的吸附性能却没有低浓度下硝酸改性的掺炭纤维的吸附性能好,主要原因与P84的耐酸性能相关。同时KI改性的活性炭纤维和掺炭纤维在任何情况下的吸附性能都十分的好,说明对汞的脱除过程中,卤族元素能够起到非常重要的作用。将改性掺炭纤维用于滤布的制造,对燃煤烟气汞蒸气的脱除过程中需要非常重视。本文的研究表明掺炭纤维对燃煤烟气汞蒸气的脱除是一种十分有效的途径,同时在掺炭纤维的制作过程中,选用较少的活性炭纤维作为掺炭比的情况下,需要选取卤族元素进行改性才能取得更好的脱汞效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 燃煤汞污染的现状及其危害
• 1.2.1 燃煤汞污染的现状
• 1.2.2 燃煤汞污染的危害
• 1.3 燃煤汞污染目前的治理技术
• 1.3.1 燃烧前脱汞
• 1.3.2 燃烧后脱汞
• 1.4 活性炭纤维在脱除燃煤有害气体方面的应用现状
• 1.4.1 活性炭纤维的结构特点
• 1.4.2 活性炭纤维脱汞的研究现状
• 1.5 本课题的研究内容与意义
• 第二章 活性炭纤维和掺炭纤维的研究现状
• 2.1 关于掺炭纤维
• 2.2 制作袋式除尘器滤料用纤维的性能、特点
• 2.2.1 P84（聚酰亚胺）
• 2.2.2 PPS（聚苯硫醚）
• 2.2.3 PTFE（聚四氟乙烯）
• 2.2.4 芳纶纤维
• 2.3 新型复合滤料
• 2.4 关于活性炭纤维
• 2.4.1 活性炭纤维的种类和生产过程
• 2.4.2 活性炭纤维孔结构和比表面积研究进展
• 2.4.3 活性碳纤维表面改性研究进展
• 2.4.4 活性炭纤维用于燃煤烟气脱除气态污染物的研究进展
• 第三章 活性炭纤维和掺炭纤维的改性及性能表征
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 活性炭纤维和掺炭纤维的改性
• 3.1.3 仪器分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 电镜扫描
• 3.2.2 元素组成
• 3.2.3 孔结构
• 3.2.4 表面化学结构
• 3.3 小结
• 0的试验研究'>第四章 掺炭纤维脱除燃煤烟气Hg⁰的试验研究
• 4.1 实验装置介绍
• 4.1.1 汞气体发生装置
• 4.1.2 管路部分
• 4.1.3 吸附反应部分
• 4.1.4 汞测量装置
• 4.1.5 尾气处理部分
• 4.2 试验工况和吸附效率定义
• 4.2.1 系统稳定性测试
• 4.2.2 试验工况参数
• 4.2.3 试验步骤
• 4.2.4 吸附效率和穿透时间的定义
• 4.3 试验结果和讨论
• 4.3.1 两种不同活性炭纤维及P84纤维对汞的吸附性能
• 4.3.2 两种不同掺炭纤维对汞的吸附性能
• 4.3.3 温度对两种活性炭纤维吸附汞的影响
• 4.3.4 不同汞蒸气入口浓度对活性炭纤维吸附汞的影响
• 4.4 小结
• 0的试验研究'>第五章 掺炭纤维改性脱除燃煤烟气Hg⁰的试验研究
• 5.1 试验方法
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 试验材料
• 5.2 实验结果与讨论
• 3改性后的活性炭纤维和掺炭纤维与改性前除汞性能比较'>5.2.1 HNO₃改性后的活性炭纤维和掺炭纤维与改性前除汞性能比较
• 3改性活性炭纤维和掺炭纤维吸附性能的影响'>5.2.2 温度对10%HNO₃改性活性炭纤维和掺炭纤维吸附性能的影响
• 3改性活性炭纤维和掺碳纤维脱除汞的影响'>5.2.3 汞入口浓度对10%HNO₃改性活性炭纤维和掺碳纤维脱除汞的影响
• 5.2.4 原始掺炭纤维,1%KI改性和10%KI改性的掺炭纤维吸附性能比较
• 5.2.5 10%KI-P84和10%KI-粘胶基ACF的吸附性能
• 5.2.6 温度对1%KI掺炭纤维的吸附性能影响
• 5.2.7 不同汞入口浓度对1%KI改性掺炭纤维的吸附性能的影响
• 5.3 活性炭纤维和掺炭纤维吸附除汞的机理研究
• 5.3.1 改性活性炭纤维和掺炭纤维吸附除汞的化学机理
• 5.3.2 活性炭纤维和掺炭纤维吸附除汞的物理机理
• 5.4 小结
• 第六章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢