譚增強(qiáng),邱建榮,向 軍,曾漢才,劉子紅,孫路石,張盛誠(chéng),鐘孝蛟 (華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430074)

氧化改性竹炭脫除單質(zhì)汞的特性與機(jī)理分析

譚增強(qiáng),邱建榮,向 軍*,曾漢才,劉子紅,孫路石,張盛誠(chéng),鐘孝蛟 (華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430074)

將可再生的竹子作為活性炭的前驅(qū)體制備得到的竹炭,是一種廉價(jià)的多孔材料.在小型試驗(yàn)臺(tái)架上研究了其脫汞性能,同時(shí)為強(qiáng)化竹炭對(duì)汞的吸附和氧化作用,采用化學(xué)浸漬法對(duì)原始竹炭進(jìn)行了氧化改性,著重研究了改性竹炭的的汞吸附性能,并對(duì)改性前后的樣品進(jìn)行了元素分析、XPS表征、FT-IR分析、比表面積及孔徑分布分析等以研究表面官能團(tuán)在改性過程中的轉(zhuǎn)化規(guī)律和脫汞機(jī)理.結(jié)果表明:氧化對(duì)竹炭的物理結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,比表面積和孔容有明顯的下降,但是氧化改性明顯提高了竹炭的汞脫除性能.

單質(zhì)汞；竹炭；氧化；機(jī)理分析

燃煤排放的汞是人為汞污染的主要來源之一,燃煤煙氣中的汞主要以單質(zhì)汞(Hg0)、二價(jià)汞化合物和顆粒態(tài)汞三種形式存在[1],其中 Hg0因其高揮發(fā)性、不溶于水等特點(diǎn)最難控制.汞具有生物累積的特性,嚴(yán)重威脅人體健康,因此有效控制汞的方法或技術(shù)成為目前研究的熱點(diǎn)[2].對(duì)汞的排放控制可分為燃燒前控制、燃燒中控制和尾部煙氣控制3種.已有的研究[3]發(fā)現(xiàn),活性炭除汞是尾部煙氣汞控制中最有前途的技術(shù)之一,美國(guó)目前已將該技術(shù)用于垃圾焚燒爐,并取得較好的效果[4].制約活性炭在脫汞方面應(yīng)用的關(guān)鍵問題是吸附量低、成本高,因而尋求高效廉價(jià)的新型吸附劑是一個(gè)趨勢(shì)[5].

生物質(zhì)作為一種新興的化工原料和可再生資源,正引起人們?cè)絹碓綕獾呐d趣.竹子作為一種生長(zhǎng)周期短、再生能力強(qiáng)、一次造林成功即可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用等特點(diǎn)的生物質(zhì)資源,對(duì)其合理開發(fā)利用具有重要意義.隨著竹材產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,產(chǎn)生了大量的竹材剩余物,將竹材以及竹材剩余物在高溫、缺氧條件下受熱分解(炭化)得到的竹炭,是天然可再生性的多孔材料.

有關(guān)竹炭在脫除污水中的重金屬(汞、鉻、鎘等)的研究[6-13]表明竹炭是一種良好的水質(zhì)凈化劑.但是關(guān)于竹炭對(duì)燃煤排放的 Hg0的控制方面的研究較少.

本實(shí)驗(yàn)對(duì)竹炭的汞脫除特性進(jìn)行了研究,并采用化學(xué)浸漬法,用KMnO4和HNO3對(duì)竹炭進(jìn)行氧化改性,以調(diào)節(jié)其表面酸堿官能團(tuán)的種類及數(shù)量.在小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開展了氣態(tài)單質(zhì)汞的脫除研究,以期獲得用于燃煤煙氣中 Hg0脫除的廉價(jià)、高效的吸附劑,并為竹炭脫汞提供初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)所用的竹炭為市售商品.將竹炭顆粒破碎,用二次去離子水于 80℃下恒溫?cái)嚢?3h,以除去粉塵和竹炭表面殘留物.抽濾后在 110℃下干燥 24h,得到預(yù)處理的的竹炭(BC).將 KMnO4和HNO3分別與二次去離子水配置成質(zhì)量濃度分別為1%,5%的KMnO4溶液和物質(zhì)的量濃度分別為2,5mol/L的HNO3溶液.然后稱取質(zhì)量相同的竹炭分別置于上述溶液中,溶液按照每 g竹炭0.8mL以保證足夠的浸泡;浸泡24h以后,用去離子水反復(fù)洗滌后,把竹炭放在烘箱中干燥(110℃),制得竹炭BC1(1%KMnO4浸泡),BC2(5%KMnO4浸 泡 ),BC3(2mol/LHNO3浸 泡 ),BC4(5mol/L HNO3浸泡).將預(yù)處理的竹炭以及改性的竹炭磨碎,篩選出粒徑在0.45～0.20mm范圍的竹炭成品進(jìn)行脫汞實(shí)驗(yàn)以及測(cè)試表征.

1.2 樣品的表征

將購(gòu)置的市售商品竹炭顆粒制成標(biāo)準(zhǔn)實(shí)樣,采用德國(guó)Elementar公司生產(chǎn)的VarioMicrocube元素分析儀對(duì)竹炭進(jìn)行元素分析;采用日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-5610LV型的掃描電鏡進(jìn)行竹碳顆粒的微觀形貌分析;X-射線光電子能譜(XPS) 采用VG Multilab2000型X射線光電子能譜儀,掃描模式為FRR,測(cè)試條件為MgKα靶;各樣品的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)利用Micrometer儀器公司ASAP-2020型表面及孔徑分析儀測(cè)定;氧化改性前后竹炭的FT-IR表征采用德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的VERTEX 70型傅里葉變換顯微紅外光譜儀測(cè)定.

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

竹炭脫汞實(shí)驗(yàn)在小型燃煤煙氣汞控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行,如圖 1所示.模擬煙氣分別用盛有氧氣、高純氮?dú)狻⒍趸嫉雀鹘M分氣體的鋼瓶進(jìn)行配制,各組分氣體分別用流量計(jì)進(jìn)行定量,氣體總流量為1.5L/min(實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1).

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic of the experimental system

表1 實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)Table 1 Experimental parameters

汞蒸氣發(fā)生裝置主要由SC-15型數(shù)控超級(jí)恒溫槽、單質(zhì)汞源(汞滲透管)、U型石英反應(yīng)器組成.汞滲透管(由美國(guó)VICI Metronics公司生產(chǎn))是單質(zhì)汞蒸氣的發(fā)生源,其原理主要是利用滲透管內(nèi)氣態(tài)和液態(tài)兩相汞的動(dòng)態(tài)平衡,汞蒸氣在某溫度下以一定的滲透率滲透,再以恒定流量的載氣攜帶出來.在一定溫度和恒定流量載氣(高純N2)的條件下可形成濃度穩(wěn)定的汞蒸氣.

反應(yīng)器放在數(shù)控恒溫油浴鍋內(nèi),通過設(shè)定油浴的溫度來控制反應(yīng)溫度.通過反應(yīng)器在一定溫度下反應(yīng)后的模擬煙氣通過德國(guó) Mercury Instruments公司的VM3000汞在線分析儀, 該設(shè)備可測(cè)量單質(zhì)汞濃度,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄(1秒記錄1次).

采用式(1)計(jì)算單質(zhì)汞的脫除效率:

式中: C出口與C入口分別為出口與入口的Hg0濃度, μg/m3.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 竹炭的元素分析與形貌分析

結(jié)合表2可以發(fā)現(xiàn),竹炭的主要元素為C、O,根據(jù)高鵬等[13]報(bào)道還含有K、Si、Cl、Mg、S、P、Al、Na等微量元素,這些元素的種類與數(shù)量和竹材的產(chǎn)地和品種有關(guān).采用KMnO4和HNO3氧化改性后的竹炭,H元素含量變化不大,S元素含量幾乎減為零.此外,2mol/L 的 HNO3氧化改性降低了竹炭的C元素含量(降幅8%),但是O、N元素含量分別增加了116%、43%.相比較而言,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的KMnO4氧化改性降低了竹炭的N元素含量(降幅67%),但C、O元素含量變化不大.竹炭的宏觀元素含量發(fā)生的變化反映了其微觀的官能團(tuán)的變化:HNO3氧化改性顯著提高了竹炭的含氧官能團(tuán).S減少,說明竹炭含有的雜質(zhì)減少,表明KMnO4和HNO3氧化改性對(duì)竹炭均有一定的深度洗滌與活化作用,改變了竹炭不同官能團(tuán)的含量.

表2 吸附劑中各元素所占比例(%)Table 2 Elemental analysis of sorbents(%)

由圖2可見,竹炭在燒制的過程中保持了竹子的基本形態(tài),但是也有明顯的塌陷和變形;細(xì)胞壁上的微孔道是竹炭獲得較大比表面積的主要原因;竹炭的縱截面結(jié)構(gòu)由類似細(xì)胞組織的結(jié)構(gòu)依次排列而成,未出現(xiàn)導(dǎo)管或維管束的直通結(jié)構(gòu);導(dǎo)管呈“品字形”形態(tài),內(nèi)壁有類似層狀石墨結(jié)構(gòu),未出現(xiàn)以往平滑的細(xì)胞壁組織結(jié)構(gòu).

2.2 紅外分析

圖3為改性前后竹炭的傅里葉變換紅外光譜圖,可以發(fā)現(xiàn)未改性竹炭主要在1585cm-1左右出現(xiàn)了羧基C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的伸縮振動(dòng)峰,在3436cm-1左右出現(xiàn)了N—H單鍵的伸縮振動(dòng)峰;經(jīng)HNO3改性后,在1708cm-1左右出現(xiàn)新峰,屬于酯基C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的波峰[14-15].HNO3處理使竹炭表面官能化,含 C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)含量明顯增加,經(jīng)KMnO4改性后竹炭的紅外圖譜變化不大.

圖2 竹炭的微觀形貌分析Fig.2 The surface morphology of BC

圖3 吸附劑的紅外光譜Fig.3 The FT-IR spectra of sorbents

2.3 XPS分析

XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)3樣品的C1s峰均出現(xiàn)高結(jié)合能方向上的拖尾和不對(duì)稱現(xiàn)象,拖尾部分未出現(xiàn)明顯的小峰,這表明樣品表面存在多種形式的含氧官能團(tuán),將C1s峰分峰擬合(圖4)得到[16]:石墨碳(峰 A),C—O單鍵結(jié)構(gòu)的醚基或酚羥基(峰 B), C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的羰基(峰C),COO形式的羧基或內(nèi)酯基(峰D),苯環(huán)上的π－π躍遷導(dǎo)致的振動(dòng)峰(峰 E).將各小峰的面積除以總面積,可得到各含氧官能團(tuán)的相對(duì)含量(表3),這對(duì)分析改性材料的官能團(tuán)變化具有一定參考價(jià)值.

圖4 各吸附劑的C1s分峰Fig.4 C1s spectra of sorbents

從表3中可以看出:采用KMnO4氧化改性后竹炭表面的 C—O單鍵結(jié)構(gòu)形式的醚基和酚羥基、羰基(C=O雙鍵結(jié)構(gòu))以及COO形式的羧基和內(nèi)酯基的相對(duì)含量較未改性的竹炭均有較大幅度的降低,π－π以及嘧啶的含量則有較大提高.HNO3氧化改性后竹炭表面的的羰基(C=O雙鍵結(jié)構(gòu))以及 COO形式的羧基和內(nèi)酯基相對(duì)含量有較大提高,C—O單鍵結(jié)構(gòu)形式的醚基和酚羥基,嘧啶及類吡咯的相對(duì)含量變化不大.通過KMnO4和HNO3的氧化改性對(duì)竹炭有一定的深度洗滌與活化作用,改變了竹炭不同官能團(tuán)的含量,這對(duì)汞脫除具有重要影響.

表3 各官能團(tuán)的相對(duì)含量Table3 The relative content of each functional group

2.4 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析

由圖5可見,改性前后的竹炭的吸附等溫線均屬于第I型等溫線.第I類吸附等溫線表明樣品主要以微孔為主,鄰近孔壁的勢(shì)場(chǎng)互相疊加,增加了固體與氣體分子的相互作用能,在很低的相對(duì)壓力下,孔就被完全充滿.從表4可以看到,改性與未改性的竹炭的平均孔徑均接近于微孔(2nm)范圍,這對(duì)于汞的脫除非常有利.

圖5 氧化改性前后各樣品的吸附等溫線Fig.5 The adsorption isotherms of sorbents

根據(jù)Polanyi-Dubinin勢(shì)能理論[17],當(dāng)吸附劑的孔隙直徑為幾個(gè)分子的直徑大小時(shí),相對(duì)孔壁的勢(shì)能場(chǎng)就會(huì)互相疊加,這就增強(qiáng)了固體表面與氣體分子間的相互作用能.特別是當(dāng)孔徑與吸附質(zhì)氣體分子當(dāng)量直徑十分接近時(shí),將發(fā)生分子篩效應(yīng),從而增加了吸附能力.氣態(tài)Hg0污染物分子的當(dāng)量直徑為 0.157nm,起主要吸附作用的是微孔,而中孔和大孔一般作為 Hg0進(jìn)入微孔吸附表面的通道.因而,吸附劑比表面積(BET)越大,微孔越多越有利于吸附,特別是對(duì)物理吸附而言.

氮?dú)獾奈娇偭坑纱蟮叫∨判蛞来螢?BC＞BC1＞BC2＞BC3＞BC4.一般來說,比表面積和孔容決定被吸附物的總吸附量.這表明未改性樣品的比表面積和孔容是最大的,而經(jīng)過氧化改性后各樣品的BET比表面積和孔容均有明顯的下降,這和表4所示的比表面積和孔容參數(shù)是一致的.

分析其原因,首先,KMnO4、HNO3的氧化刻蝕作用導(dǎo)致竹炭比表面積和孔容減小.其次,結(jié)合紅外分析以及XPS分析發(fā)現(xiàn)KMnO4、HNO3改性使竹炭表面官能化,特別是 HNO3改性使竹炭含C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)含量顯著增加.竹炭表面結(jié)構(gòu)變化,引入了羧基等體積較大的酸性基團(tuán),氧化產(chǎn)生的腐殖質(zhì)堵塞微孔結(jié)構(gòu),造成比表面積降低.但是原始竹炭的平均孔徑和KMnO4、HNO3氧化改性后的竹炭的差別不大,這說明比表面積和孔容的減小主要是竹炭表面結(jié)構(gòu)變化,引入了羥基等體積較大的酸性基因.

總的來說,氧化改性使竹炭比表面積和孔容下降,不利于Hg0吸附.有研究[18]發(fā)現(xiàn),通過HNO3氧化,竹炭的部分微孔和原先堵塞封閉的小孔被氧化擴(kuò)大或打開,增大了竹炭比表面積和孔容,這與本研究差異較大.產(chǎn)生的差異不僅取決于HNO3濃度、改性溫度、改性時(shí)間、干燥條件等因素, 還與材料本身性質(zhì)有很大關(guān)系,采用不同的原材料、炭化及活化工藝等所制備的竹炭在結(jié)構(gòu)上有很大不同.

2.5 竹炭的脫汞性能分析

冷端靜電除塵設(shè)備(安裝于空氣預(yù)熱器后)煙氣溫度在 140℃左右,本實(shí)驗(yàn)將固定床的溫度設(shè)定為20℃和140℃,既為該溫度段的真實(shí)煙氣脫汞提供依據(jù),又便于吸附劑脫汞性能的比較,其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)具體見表1.

圖6 工況1時(shí)吸附劑的效率曲線Fig.6 Efficiency-time curves of sorbents under condition 1

采用各個(gè)時(shí)刻的動(dòng)態(tài)脫汞效率來表征吸附劑的脫汞特性(圖6、圖7),同時(shí)為了更好的比較吸附劑的脫汞特性,將工況1和工況2時(shí)吸附劑的效率根據(jù)公式(1)進(jìn)行了計(jì)算,匯總于表5中,其中T1為實(shí)驗(yàn)時(shí)間, ηT1分別為對(duì)應(yīng)于時(shí)間T1的效率,ηmax為實(shí)驗(yàn)過程中的最高脫汞效率.

圖7 工況2時(shí)的吸附劑脫汞性能Fig.7 Efficiency-time curves of sorbents under condition 2

2.5.1 吸附劑的脫汞性能分析 結(jié)合圖6、圖7和表5發(fā)現(xiàn),在工況1下,竹炭以及氧化改性的竹炭都表現(xiàn)出了較高的汞脫除效率,扣除儀器測(cè)試的誤差,可以認(rèn)為BC1、BC3的脫汞效果沒有差別,最高效率均接近100%,而且在129.3min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi),效率都保持在99%以上.未改性的竹炭最高效率達(dá)到95.0%,但是很快穿透,到129.3min實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),只有 46.9%的脫除效率.這說明未改性竹炭對(duì)汞的吸附能力有限,而且脫附反應(yīng)更容易進(jìn)行,氧化改性的竹炭具有更強(qiáng)的脫汞能力.

表5 吸附劑的脫汞性能Table 5 Evaluation of the sorbents’ performance under different conditions

工況2下,原始BC對(duì)汞的脫除能力有限,很快穿透到脫除效率僅為19%.BC1、BC2、BC3、BC4則表現(xiàn)出了較強(qiáng)的脫汞性能.其中 KMnO4改性的竹炭材料BC1、BC2在長(zhǎng)達(dá)561.3min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)脫汞效率均保持在 80%以上.在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi),HNO3改性的竹炭BC3、BC4對(duì)汞的脫除效率一直在降低,其中 BC3降低的幅度較大,BC4的脫汞效率卻高于 KMnO4改性的竹炭材料BC1、BC2,最高效率達(dá)到92.6%.

2.5.2 氧化改性竹炭的汞脫除機(jī)理分析 物理吸附主要是由于分子間的范德華力引起的,物理吸附是具有可逆性的,在 Hg0的吸附和脫附動(dòng)態(tài)平衡中,較高的溫度對(duì)脫附更加有利.化學(xué)吸附主要靠碳基材料的表面官能團(tuán)以及化學(xué)吸附位與Hg0以價(jià)鍵力形式結(jié)合,適當(dāng)增高溫度有利于化學(xué)吸附的進(jìn)行.本實(shí)驗(yàn)的2種工況的主要區(qū)別是溫度(20℃和140℃),而BC在這兩種工況下的脫汞性能差別較大.這說明 BC主要靠物理吸附脫汞,因而高溫導(dǎo)致其脫汞能力大大降低.氧化改性的竹炭則有較強(qiáng)的抗高溫能力,在 140℃時(shí)仍表現(xiàn)出較高的脫汞效率及其持續(xù)時(shí)間,結(jié)合前面的發(fā)現(xiàn),氧化改性竹炭的比表面積和孔容降低,這削弱了其物理吸附能力, 因而氧化改性的竹炭在140℃時(shí)主要靠化學(xué)吸附脫汞;氧化改性使竹炭獲得了較多的對(duì)脫汞有利的化學(xué)官能團(tuán),使其化學(xué)吸附汞的能力有較大提高.

結(jié)合FT-IR和XPS分析發(fā)現(xiàn),通過HNO3氧化,增加了竹炭表面含C=O雙鍵結(jié)構(gòu)官能團(tuán)的含量,研究認(rèn)為:在含氧官能團(tuán)中內(nèi)脂基和羰基團(tuán)(C=O雙鍵結(jié)構(gòu))是 Hg0的吸附位,這些基團(tuán)吸附位與 Hg0之間發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,從Hg0得到電子,使Hg0吸附并催化氧化生成HgO[19],這很好地解釋了HNO3改性竹炭的汞脫除能力有較大的提高.

KMnO4改性竹炭的C=O雙鍵結(jié)構(gòu)含量沒有明顯變化,但是其表現(xiàn)出了較高的汞脫除效率以及相對(duì)穩(wěn)定的高效率持續(xù)時(shí)間,這與其π－π的相對(duì)含量有較大提高有密切關(guān)系.結(jié)合分析測(cè)試推斷如式(2)～(4)所示,在氧氣存在時(shí),離域 π電子會(huì)與其反應(yīng)生成如O2-的氧陰離子,存在于竹炭表面的在Mn離子(XPS測(cè)試驗(yàn)證了KMnO4改性竹炭提高了竹炭表面的 Mn離子含量)起到催化作用,極大地促進(jìn)了氧氣與汞反應(yīng)生成氧化汞,降低了將汞氧化的反應(yīng)活化能,使 Hg0氧化為更容易吸附的氧化汞.這很好地解釋了在長(zhǎng)達(dá)561.3min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)KMnO4改性的竹炭具有非常穩(wěn)定的、較高的汞脫除效率(穩(wěn)定在80%以上).

當(dāng)用高濃度氧化劑改性竹炭時(shí),其汞脫除能力有進(jìn)一步的提高,特別是HNO3改性,這說明高濃度氧化劑浸漬改性竹炭在竹炭表面形成了更多的化學(xué)吸附位,主要是含C=O雙鍵結(jié)構(gòu)的基團(tuán)和π－π,進(jìn)一步提高了竹炭化學(xué)脫汞的能力.

3 結(jié)論

3.1 氧化改性改變了竹炭表面化學(xué)性質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)特性,改性竹炭的C、N、O等元素含量以及其存在的官能團(tuán)形式均發(fā)生了變化,其中HNO3氧化竹炭后的含有C=O雙鍵結(jié)構(gòu)官能團(tuán)含量有明顯的提高,且氧化改性使竹炭比表面積和孔容下降.

3.2 未改性竹炭具有一定的脫汞能力,但是在高溫時(shí)其脫汞能力大大降低;氧化改性的竹炭對(duì)汞的吸附能力則明顯增強(qiáng),吸附效率和吸附量均大幅升高.140℃時(shí),561.3min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi), KMnO4溶液浸漬改性的竹炭的脫汞效率均保持在80%以上.實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)HNO3改性的竹炭脫汞效率下降幅度較大,但是最高脫汞效率卻達(dá)到91%以上,這高于KMnO4改性的竹炭材料.實(shí)驗(yàn)證明廉價(jià)的竹炭通過較簡(jiǎn)單的改性方法可以提高其汞脫除能力,即使在相對(duì)較高的溫度下仍有高的脫汞效率和持續(xù)時(shí)間.

3.3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表征分析發(fā)現(xiàn),未改性竹炭化學(xué)吸附脫汞的能力較弱,主要靠孔隙結(jié)構(gòu)的物理吸附脫汞,高溫時(shí)很容易脫附.對(duì)于氧化改性竹炭其物理結(jié)構(gòu)不是影響脫汞效率變化的主要因素,其表現(xiàn)出了化學(xué)吸附占主導(dǎo)的脫汞機(jī)理.氧化改性提供了較多的利于汞脫除的含氧官能團(tuán),它們是汞脫除的化學(xué)吸附位,較大提高了竹炭的化學(xué)吸附脫汞能力,因而在 140℃時(shí)氧化改性的竹炭仍然有較強(qiáng)的汞脫除能力.

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Removal of elemental mercury using bamboo charcoal modified by oxidants.

TAN Zeng-qiang, QIU Jian-rong, XIANG Jun*, ZENG Han-cai, LIU Zi-hong, SUN Lu-shi, ZHANG Sheng-cheng, ZHONG Xiao-jiao (Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China). China Environmental Science, 2011,31(10)：1625～1631

The renewable bioresource of bamboo constitutes an important precursor for activated carbon, and the bamboo charcoal (BC) may act as low-cost sorbent used in the mercury-control. The simple impregnation method was used to modify the BC with KMnO4and HNO3separately, their adsorptive potential for elemental mercury was investigated for the first time conducted with a bench-scale bed. BET, XPS, elemental analysis and FT-IR were conducted to study the pore structure and surface chemistry. The results suggested the BET surface area and total pore volume of most modified BC were lower than the original BC but had excellent adsorption potential for elemental mercury even at a relative higher temperature.

elemental mercury；bamboo charcoal；oxidation；mechanism study

X511

A

1000-6923(2011)10-1625-07

2010-12-21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51078163,51021065, 50976038)

* 責(zé)任作者, 教授, xiangjun@mail.hust.edu.cn

譚增強(qiáng)(1986-),男,山東濰坊人,華中科技大學(xué)博士研究生,主要從事燃煤煙氣多污染物協(xié)同脫除研究.發(fā)表論文3篇.