文献类型：学位论文

中文题名：电化学直接氧化燃煤烟气中气态零价汞的研究

作者：王青[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：杨骥;华东理工大学|曹礼梅;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：零价汞; 电化学; 阳极氧化; 泡沫钛电极; Ti/Sb-SnO2/PbO2电极; 碳纸电极

摘要：汞是一种全球性的污染物,即使是在浓度很低的情况下,也具有相当大的毒性,对生态环境、人体都会产生危害。然而燃煤烟气中的零价汞(Hg0)难以被现有脱硫、脱硝等装置去除,因此对于Hg0的有效去除逐渐成为研究热点。本文采用自制的无隔膜有机玻璃反应器,通过阳极直接氧化,使得模拟烟气中的Hg0被氧化成Hg2+/Hg22+进行脱除。研究了不同条件对Hg0去除效率的影响,对比了三种不同的电极氧化Hg0的能力,并探究了 Hg0的脱除机理。首先,将泡沫钛作为阳极应用于电化学催化氧化模拟烟气中的Hg0的研究中,发现电极性能稳定且效果很好。分别探究了电解电压、反应温度、气体浓度等不同因素对Hg0去除的影响。结果表明:电压从1V增加到6 V,Hg0的去除效率先上升后下降,在4V时效果最佳,可以达到90%;气体流量对于Hg0去除效率的影响并不明显,但是提升了反应速率;电解质浓度从0.05 M增加至0.8 M的过程中,Hg0的浓度先上升后下降,在0.5 M时效果最好;反应温度和pH对于Hg0的去除效果影响不大。在最佳的条件:电解电压3 V,气体流量100 mL/min,pH值为11,Na2SO4溶液浓度为0.5 M,反应温度为60 ℃,不加任何催化剂,Hg0的去除效率可达90%以上;同时研究发现,泡沫钛阳极可以在较高的Hg0初始浓度下达到很好的去除效果,有利于工业应用。其次,通过水热法制备了 PbO2,并经XRD分析得到制备的是纯度较高的β-PbO2。通过循环伏安曲线测试表明:泡沫钛电极、Ti/Sb-SnO2/PbO2电极、碳纸阳极都具有良好的电化学性能。其中Ti/Sb-SnO2/PbO2电极的双电层电容是泡沫钛电极的11.7倍,PbO2的添加使得泡沫钛电极的电化学性能得到加强。Ti/Sb-SnO2/PbO2电极作为阳极时研究发现,气体流量对于Hg0去除效率的影响较大,流量太小时气体推进速度太慢,反应不及时导致去除效率下降,流量太大,对电极的冲击较大,也会影响去除效果;除1V电压条件下的去除效果较差之外,其余电压条件下,对Hg0都有良好的去除效果,说明电压对于Hg0的去除效率影响不大;Hg0初始浓度越高Hg0的去除效率越高。当初始汞浓度由300 μg/m3上升到1000μg/m3,Hg0的去除效率由23%上升到83%,说明若实际烟气中Hg0的浓度过低则需要富集后再用此方法处理才能达到比较好的处理效果。再次,碳纸为阳极时研究发现:对于碳纸为阳极氧化去除Hg0的去除效率影响最大的因素条件是反应温度。在室温时对Hg0的去除效率可以达到90%。但是随着温度升高,去除效率逐渐下降,80 ℃时对Hg0的去除效率仅为33%;Hg0的初始浓度对Hg0的去除效率几乎没有影响;同时电解质溶液浓度对于碳纸作为阳极时对Hg0的去除效率的影响也比较小;由于实验中采用的碳纸比较薄,所以当流量过大时,可能会将碳纸冲破产生裂纹,会使得对Hg0的去除效率降低。最后,通过对泡沫钛电极、Ti/Sb-SnO2/PbO2电极和碳纸电极等三类电极的对比研究发现,这三种材料都可以达到良好的对Hg0的去除效率。但在不同条件下会出现细微的差异,这也为后续在不同的烟气条件下选择最合适的电极提供了一定的帮助。虽然Sb-SnO2/PbO2膜使得泡沫钛电极电化学性能得到强化,但这一强化并不是在任何条件下都会使得Hg0的去除效率增加,Ti/Sb-SnO2/PbO2电极在使用中可以发现反应体系电流明显增加,电流增加并不一定有利于Hg0的转化。更多还原