第 期 张 海 茹 等 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析,+** 引 言 燃 煤 电 站 作 为 最 大 的 人 为 汞 排 放 源 约 占 汞 排 放 总 量 的 + 煤 中 的 汞 元 素 在 高 温 下 挥 发 并 富 集 于 亚 微 米 颗 粒 表 面 随 烟

第 卷 第 期 化 工 学 报 年 月!" #"$% 研 究 论 文 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析 张 海 茹 吴 昊 刘 浩 王 萌 杨 宏 南 京 师 范 大 学 能 源 与 机 械 工 程 学 院 江 苏 南 京 摘 要 通 过 固 态 吸 附 剂 汞 吸 附 效 能 测 定 系 统 进 行 了 太 西 活 性 焦 吸 附 单 质 汞 的 实 验 考 察 单 质 汞 &' 入 口 浓 度 和 温 度 对 太 西 活 性 焦 脱 汞 性 能 的 影 响 并 探 讨 了 吸 附 机 理 结 果 表 明 在 &' 体 系 中 不 同 &' 入 口 浓 度 获 得 的 汞 脱 除 效 率 曲 线 相 似 脱 除 效 率 随 &' 入 口 浓 度 增 大 而 增 加 变 入 口 浓 度 工 况 下 汞 的 吸 附 全 过 程 遵 循 准 二 级 动 力 学 反 应 模 型 该 吸 附 过 程 以 化 学 吸 附 为 主 在 反 应 温 度 从 升 高 到 的 过 程 中 系 统 发 生 了 化 学 吸 附 或 者 化 学 反 应 可 作 为 活 性 焦 的 最 佳 除 汞 温 度 "!'%" 方 程 可 对 变 温 工 况 下 活 性 焦 脱 除 单 质 汞 的 吸 附 过 程 进 行 准 确 描 述 并 获 得 不 同 温 度 下 活 性 焦 脱 汞 的 吸 附 速 率 常 数 存 在 的 关 系 关 键 词 活 性 焦 温 度 单 质 汞 入 口 浓 度 吸 附 机 理 除 汞 ())!*+,- 中 图 分 类 号.-- 文 献 标 志 码 / 文 章 编 号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收 到 初 稿 00 收 到 修 改 稿 联 系 人 杨 宏 第 一 作 者 张 海 茹 * 女 硕 士 研 究 生 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目,- 江 苏 省 自 然 科 学 基 金 项 目 -** /#00, 0"*189/: &!'(!"!'%!'(!!!$! ) 6% "(!" ""$(!$ ;!"(! %(!",- "! % "" $(!$ ;!"(!("!')82(!$ -**

第 期 张 海 茹 等 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析,+** 引 言 燃 煤 电 站 作 为 最 大 的 人 为 汞 排 放 源 约 占 汞 排 放 总 量 的 + 煤 中 的 汞 元 素 在 高 温 下 挥 发 并 富 集 于 亚 微 米 颗 粒 表 面 随 烟 气 排 到 大 气 中 给 环 境 和 人 类 健 康 带 来 严 重 危 害 烟 气 中 的 汞 主 要 以 气 态 单 质 汞 &' 氧 化 态 汞 &' &' 的 形 式 存 在 氧 化 态 的 汞 易 溶 于 水 容 易 除 去 &' 熔 点 低 平 衡 蒸 气 压 高 不 易 溶 水 难 以 去 除 + 因 此 用 吸 附 剂 脱 除 燃 煤 烟 气 中 的 汞 成 为 当 前 的 热 点 研 究 课 题 近 年 来 各 国 学 者 对 燃 煤 汞 的 释 放 控 制 进 行 了 大 量 的 研 究 较 为 可 行 的 方 法 主 要 有 两 类 第 一 种 是 利 用 现 有 污 染 控 制 装 置 如 脱 硫 装 置 等 除 汞 第 二 种 是 在 尾 部 烟 气 中 采 用 吸 附 剂 脱 汞 前 者 虽 然 能 够 脱 除 烟 气 中 *, 的 二 价 汞 但 对 单 质 汞 的 捕 获 效 果 却 不 显 著, 后 者 采 用 的 吸 附 剂 主 要 是 活 性 炭 美 国 能 源 部 估 算 要 控 制 的 汞 排 放 脱 除 磅 的 汞 需 要 约 - 万 美 元 燃 煤 电 厂 很 难 承 受 因 此 很 多 研 究 者 都 在 致 力 于 研 究 价 格 低 廉 的 新 型 吸 附 剂 代 替 活 性 炭 以 降 低 脱 汞 的 成 本 研 究 人 员 在 碳 基 非 碳 基 吸 附 剂 方 面 做 了 很 多 工 作 如 采 用 活 性 炭 或 者 改 性 的 活 性 炭 脱 除 烟 气 中 -+* 的 汞 任 建 莉 等 用 熟 石 灰 石 灰 熟 石 灰 和 飞 灰 混 合 物 等 钙 基 类 物 质 进 行 了 有 关 燃 煤 烟 气 脱 除 元 素 汞 的 实 验 研 究 #!$ 等 研 究 了 两 种 天 + 然 沸 石 的 脱 汞 特 性 #( 等 研 究 发 现 烟 气 中 的 某 些 活 性 气 体 成 分 对 吸 附 过 程 的 影 响 很 大 如 燃 煤 烟 气 中 的 主 要 气 体 组 分 & 等 其 中 & 参 与 条 件 下 吸 附 剂 脱 汞 机 制 及 影 响 效 果 已 研 究 得 较 为 深 入 但 是 对 参 与 条 件 下 单 一 组 分 和 温 度 对 除 汞 吸 附 性 能 的 影 响 机 制 及 多 种 组 分 的 协 同 影 响 效 果 还 存 在 一 定 争 议 +, 尹 艳 山 等 研 究 在 活 性 炭 上 吸 附 情 - 况 高 洪 亮 等 分 析 了 汞 在 活 性 炭 上 的 吸 附 动 力 学 活 性 炭 或 其 他 吸 附 剂 吸 附 汞 的 机 理 及 影 响 因 素 可 以 为 单 质 汞 的 脱 除 提 供 技 术 支 撑 和 基 础 数 据 并 更 好 地 指 导 实 际 操 作 活 性 焦 具 有 活 性 炭 的 吸 附 催 化 催 化 剂 载 体 *+ 的 特 性 外 其 特 有 的 性 质 如 机 械 强 度 高 等 使 其 得 到 广 泛 运 用 本 文 选 取 由 北 京 煤 炭 科 学 研 究 总 院 自 制 的 干 法 脱 硫 用 太 西 活 性 焦 进 行 固 定 床 除 汞 实 验 主 要 考 察 烟 气 中 不 同 &' 入 口 初 始 浓 度 和 温 度 对 吸 附 脱 汞 行 为 的 影 响 并 分 析 其 原 因 通 过 动 力 学 模 型 模 拟 动 态 吸 附 分 析 其 适 用 性 并 揭 示 相 关 的 物 理 化 学 吸 附 反 应 机 制 以 期 为 进 一 步 的 多 组 分 吸 附 反 应 动 力 学 研 究 提 供 基 础 数 据 实 验 部 分 实 验 系 统 本 实 验 的 实 验 系 统 同 文 献 * 的 小 型 固 定 床 吸 附 反 应 器 实 验 所 用 的 气 体 组 成 及 浓 度 如 表 所 示 表 实 验 用 气 体 及 浓 度 $,0"*!! 数 据 处 理!$!"(! 0, 0 6""!$'") 在 吸 附 脱 汞 过 程 中 描 述 脱 &' 过 程 的 指 标 包 括 穿 透 率 吸 附 量 和 脱 除 效 率 表 达 式 分 别 为 穿 透 率 & ( & )) ( ( $& &" " 式 中 为 单 位 质 量 吸 附 剂 的 汞 吸 附 量 ' &' ' 吸 附 剂 0 & 为 流 经 吸 附 层 的 时 间 (! 为 固 定 床 出 口 汞 浓 度 ' 0 为 固 定 床 入 口 汞 浓 度 ' 0 为 流 经 吸 附 剂 层 的 气 体 流 量 (! 0 " 为 吸 附 剂 的 质 量 ' 为 第 个 时 间 点 固 定 床 出 口 汞 浓 度 ' 0 为 第 个 时 间 点 固 定 床 出 口 汞 浓 度 ' 0 $ 为 固 定 床 吸 附 速 率 '' 0 (! 0 2 活 性 焦 脱 单 质 汞 吸 附 动 力 学 模 型 目 前 表 示 吸 附 速 率 公 式 已 经 提 出 很 多 本 文 主 要 介 绍 以 下 几 种 常 用 来 描 述 重 金 属 吸 附 的 动 力 学 模 型 为 准 一 级 和 准 二 级 速 率 模 型 准 一 级 动 力 学 模 型 准 一 级 速 率 方 程 称 为 + "''! 一 级 动 力 学 方 程 表 达 式 如 下 & ( 边 界 条 件 &&& 积 分 得

,+*- 化 工 学 报 第 卷! (! (&( (&, 式 中 为 时 间 & 时 的 吸 附 量 '' 0 为 平 衡 吸 附 量 '' 0 为 准 一 级 速 率 参 数 (! 0 准 二 级 动 力 学 模 型 准 二 级 反 应 动 力 学 方 程 表 达 式 如 下 + & ( 根 据 同 样 的 边 界 条 件 其 积 分 表 达 式 为 & )& - 式 中 为 时 间 & 时 的 吸 附 量 '' 0 为 平 衡 吸 附 量 '' 0 为 准 二 级 速 率 参 数 ' '(! 0 颗 粒 内 扩 散 模 型 采 用 描 述 球 形 颗 粒 微 孔 扩 散 的 偏 微 分 方 程 考 虑 扩 散 影 响 文 献,+ 提 出 了 颗 粒 内 扩 散 模 型 模 型 方 程 为 式 中 & ) * 为 颗 粒 内 扩 散 速 率 参 数 ' ' (! 0 表 征 了 边 界 层 效 应 的 程 度 - 2($% 动 力 学 模 型 2($% 表 面 反 应 动 力 学 模 型 * 最 简 单 的 形 式 为 分 得 & ( 根 据 边 界 条 件 & 以 及 && 积! &)&(!& 式 中 为 初 始 吸 附 速 率 ''(! 0 为 与 表 面 覆 盖 度 和 活 化 能 有 关 的 常 数 ' ' 0 & & 为 反 应 时 间 (! 为 & 时 刻 的 吸 附 量 '' 0,"!'%" 公 式 一 般 情 况 下 在 一 定 压 力 下 活 性 炭 吸 附 甲 苯 氨 等 可 以 用 "!'%" 公 式 表 示 吸 附 速 率 "!'%" 公 式 的 微 分 形 式 为 & "& 积 分 形 式 为 & " 其 中 为 吸 附 量 & 为 吸 附 时 间 " 为 "!'%" 方 程 中 的 物 性 参 数 为 "!'%" 方 程 中 的 速 率 常 数 实 验 结 果 * 3 入 口 浓 度 对 活 性 焦 除 汞 性 能 的 影 响 在 &' 混 合 气 体 的 基 础 上 加 入 气 体 0 总 流 量 为,(! 0 温 度 &' 入 口 浓 度 分 别 是 * ' 0 活 性 焦 用 量 ' 测 量 固 定 床 出 口 图 &' 入 口 浓 度 对 活 性 焦 除 汞 的 影 响 ;('$(!&' $!$!"(!! 2"$ &' 随 吸 附 时 间 的 浓 度 值 得 到 活 性 焦 吸 附 单 质 汞 的 吸 附 穿 透 曲 线 脱 除 量 和 脱 除 效 率 如 图 "$ 所 示 图 " 显 示 活 性 焦 &' 的 吸 附 可 分 为 两 个 阶 段 第 一 阶 段 穿 透 率 下 降 速 率 很 快 第 二 阶 段 为 渐 进 式 吸 附 穿 透 率 下 降 速 率 变 慢 直 至 达 到 平 衡 在 烟 气 初 始 汞 浓 度 分 别 为 *' 0 时 出 口 汞 浓 度 在,*-*' 0 左 右 绝 对 值 上 降 低 了,-' 0 初 始 汞 浓 度 越 高 绝 对 降 幅 越 大 活 性 焦 吸 附 脱 除 的 汞 越 多 由 图 6 可 知 活 性 焦 对 初 始 &' 浓 度 为 ' 0 的 混 合 气 体 吸 附 (! 时 吸 附 量 达 '' 0 当 初 始 &' 浓 度 分 别 升 高 至 *' 0 时 吸 附 量 达 -*'' 0 由 图 $ 可 知 当 入 口 处 &' 浓 度 分 别 为

第 期 张 海 茹 等 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析,+*/ *' 0 时 脱 除 效 率 曲 线 线 型 具 有 相 似 性 在 吸 附 初 期 均 呈 现 出 快 速 上 升 的 特 点 在 后 续 吸 附 时 间 内 脱 除 效 率 曲 线 局 部 波 动 且 最 终 趋 于 稳 定 对 应 的 脱 除 效 率 稳 定 值 随 入 口 浓 度 的 增 加 而 增 加 产 生 上 述 现 象 的 原 因 是 吸 附 初 始 阶 段 由 于 活 性 焦 表 面 有 大 量 的 活 性 位 点 &' 可 以 很 容 易 被 吸 附 随 时 间 推 移 活 性 焦 表 面 堆 积 大 量 &' 提 供 的 活 性 位 点 减 少 阻 碍 了 &' 的 原 子 运 动 初 始 &' 浓 度 提 高 提 供 了 克 服 气 固 相 之 间 传 质 阻 力 的 推 动 力 增 大 了 吸 附 质 与 吸 附 剂 表 面 碰 撞 的 概 率 从 而 提 高 了 吸 附 量 反 应 吸 附 温 度 对 活 性 焦 脱 汞 性 能 的 影 响 固 定 床 吸 附 除 汞 装 置 通 常 作 为 最 后 一 项 污 染 物 控 制 设 备 置 于 脱 硝 脱 硫 设 备 后 且 实 验 用 活 性 焦 为 工 业 用 脱 硫 材 料 考 察 其 除 汞 性 能 的 操 作 温 度 区 间 应 与 脱 硫 用 区 间 一 致 同 时 综 合 考 虑 尾 部 受 热 面 的 低 温 腐 蚀 和 排 烟 温 度 的 要 求 实 验 中 操 作 温 度 的 研 究 范 围 为 &' 体 系 中 活 性 焦 用 量 ' 气 体 加 入 量 0 反 应 温 度 分 别 为 总 流 量 为, (! 0 &' 入 口 浓 度 *' 0 实 验 结 果 如 图 所 示 反 应 温 度 的 升 高 使 活 性 焦 对 &' 的 吸 附 能 力 先 上 升 后 下 降 的 吸 附 曲 线 比 较 平 缓 吸 附 能 力 高 于 的 吸 附 情 况 可 作 为 该 体 系 活 性 焦 的 最 佳 除 汞 温 度 特 征 即 在 初 期 有 较 快 速 的 吸 附 且 最 大 值 出 现 的 时 间 相 近 后 期 局 部 小 幅 波 动 总 体 趋 于 平 缓 表 现 为 吸 附 缓 慢 熊 银 伍 等 用 该 宁 夏 太 西 活 性 焦 进 行 氯 酸 钾 改 性 并 探 讨 了 该 活 性 焦 在 此 温 度 段 内 的 脱 汞 效 率 也 得 出 时 活 性 焦 的 脱 汞 效 率 最 高 说 明 本 文 所 研 究 的 活 性 原 焦 发 生 了 化 学 吸 附 或 者 化 学 反 应 温 度 是 影 响 化 学 吸 附 和 物 理 吸 附 最 关 键 的 参 数 它 可 以 改 变 吸 附 力 的 性 质 低 温 时 化 学 吸 附 的 速 率 很 低 具 有 足 够 能 量 的 分 子 数 目 较 少 所 以 低 温 时 主 要 是 物 理 吸 附 当 温 度 从 上 升 至 时 因 范 德 华 力 而 吸 附 的 气 体 分 子 会 发 生 解 吸 吸 附 量 减 少 温 度 上 升 也 可 以 使 气 相 分 子 活 化 开 始 产 生 化 学 吸 附 活 化 分 子 的 数 目 迅 速 达 到 了 平 衡 吸 附 量 也 达 到 最 高 点 同 时 温 度 的 升 高 使 达 到 化 学 吸 附 所 需 活 化 能 的 &' 的 数 量 增 多 能 够 形 成 化 学 吸 附 的 化 学 键 和 发 生 化 学 反 应 的 能 力 增 强 即 发 生 化 学 吸 附 的 汞 的 比 例 增 大 发 生 物 理 吸 附 的 单 质 汞 比 例 减 少 总 体 上 仍 是 不 足 以 影 响 到 总 汞 吸 附 量 的 增 加 当 温 度 升 至 因 为 化 学 吸 附 是 放 热 反 应 较 高 的 温 度 会 使 吸 附 产 物 发 生 分 解 吸 附 量 开 始 下 降 下 降 的 可 能 原 因 有 两 个 吸 附 温 度 升 高 发 生 物 理 吸 附 的 汞 减 少 活 性 焦 的 吸 附 能 力 降 低 严 重 影 响 了 后 面 的 化 学 吸 附 (! 用 氯 化 物 浸 泡 活 性 炭 吸 附 汞 的 实 验 中 也 发 现 了 这 一 现 象 高 温 会 使 有 利 于 单 质 汞 吸 附 的 含 氧 官 能 团 破 坏 高 温 有 利 于 获 得 化 学 吸 附 所 需 的 活 化 能 发 生 电 子 的 转 移 或 跃 迁 机 理 探 讨 图 温 度 对 活 性 焦 脱 汞 的 影 响 ;('$"! 2"$ &.*(!&.-(!&.(! 当 温 度 为 时 &' 的 穿 透 率 在 吸 附 时 间 为 -* (! 达 到 最 小 值 这 归 因 于 不 同 温 度 下 反 应 速 率 不 同 时 吸 附 斜 率 最 大 即 反 应 速 率 最 大 因 此 达 到 最 大 值 时 的 时 间 是 最 短 的 同 理 时 吸 附 曲 线 的 斜 率 最 小 反 应 速 率 最 小 达 到 吸 附 最 大 值 时 的 时 间 最 长 不 同 温 度 活 性 焦 脱 除 &' 的 穿 透 率 曲 线 具 有 相 似 的 2 动 力 学 模 型 模 拟 吸 附 剂 在 气 固 多 相 吸 附 过 程 中 的 脱 汞 性 能 与 吸 附 质 在 活 性 焦 容 器 中 的 停 留 时 间 也 有 较 强 关 系 由 图 知 吸 附 量 与 时 间 不 具 有 指 数 关 系 选 择 准 二 级 动 力 学 模 型 颗 粒 内 扩 散 模 型 和 2($% 模 型 对 不 同 &' 入 口 浓 度 的 数 据 进 行 了 拟 合 结 果 见 表 2 准 二 级 动 力 学 模 型 模 拟 结 果 分 析 由 表 可 知 准 二 级 动 力 学 模 型 对 全 程 吸 附 的 相 关 系 数 达 到 说 明 活 性 焦 对 汞 的 吸 附 遵 循 准 二 级 动 力 学 模 型 此 模 型 包 含 了 吸 附 的 所 有 过 程 如 外 部 膜 扩 散 表 面 吸 附 和 粒 子 内 扩 散 等 化 学 键 的 形 成 是 影 响 准 二 级 动 力 学 吸 附 作 用 的 主 要 因 子 说 明 该 吸 附 过 程 以 化 学 吸 附 为 主 所 以 准 二 级

,+-+ 化 工 学 报 第 卷 表 不 同 入 口 浓 度 下 反 应 速 率 方 程 拟 合 相 关 系 数 (!($) 7"(! )+)$! 6+# () 2($% $,0,! 4 &' ' 0 (! (! &' ' 0 (! (! &'* ' 0 (! (! * *, *,- *- **- *, *--* *---* -**- 动 力 学 模 型 更 真 实 全 面 地 反 映 吸 附 剂 吸 附 单 质 汞 的 动 力 学 机 制, 225#1 动 力 学 模 型 模 拟 结 果 分 析 表 显 示 在 吸 附 的 初 始 阶 段 2($% 方 程 能 较 好 地 反 映 吸 附 模 式 却 不 能 很 好 地 描 述 全 程 吸 附 过 程 根 据 图 中 脱 除 量 数 据 及 式 得 出 反 应 速 率 数 据 并 通 过 拟 合 方 程 得 到 吸 附 初 始 阶 段 (! 反 应 速 率 脱 除 量 与 时 间 的 关 系 拟 合 曲 线 及 相 关 系 数 0 如 表 所 示 继 而 得 到 入 口 初 始 浓 度 分 别 为 *' 0 时 的 反 应 速 率 为 & *5( -& 5(-&-5( 表 2 脱 除 量 与 吸 附 速 率 的 拟 合 曲 线 和 相 关 系 数 $,2*# &' ' 0 1& 1& * *&0-0,50&,- 0 -** &0,* 50&- 0 --&0** 0-0 *, *-,*50& 0 *-0 '. 对 应 - - 温 度 固 定 时 参 数 0 '. 随 入 口 单 质 汞 浓 度 的 升 高 呈 现 出 升 高 下 降 的 特 性 2($% 模 型 用 于 描 述 真 实 的 慢 化 学 吸 附 过 程 的 吸 附 脱 附 常 用 于 吸 附 反 应 的 动 力 学 研 究 它 表 明 吸 附 速 率 随 着 吸 附 量 或 覆 盖 度 的 增 加 呈 指 数 减 少 26 颗 粒 内 扩 散 动 力 学 模 型 模 拟 结 果 分 析 图 显 示 了 由 6+# () 方 程 对 不 同 &' 入 口 初 始 浓 度 的 实 验 数 据 拟 合 的 结 果 当 &' 入 口 浓 度 增 加 拟 合 曲 线 的 斜 率 增 加 说 明 该 过 程 受 颗 粒 内 扩 散 控 制 此 扩 散 模 型 带 有 边 界 层 效 应 参 数 且 拟 合 直 线 没 有 通 过 原 点 说 明 颗 粒 内 的 孔 扩 散 不 是 活 性 焦 吸 附 &' 的 唯 一 速 控 步 骤 整 个 过 程 是 由 多 种 动 力 学 机 制 共 同 决 定 的 即 通 过 影 响 扩 散 和 表 面 反 应 而 导 致 总 体 化 学 吸 附 行 为 的 变 - 化 假 设 颗 粒 为 球 形 由 于 颗 粒 粒 度 范 围 为 -*,, * 目 取 颗 粒 平 均 直 径 为,! 同 时 通 过 实 验 方 法 得 出 活 性 焦 的 平 均 孔 径 是! 以 微 孔 为 主 所 以 在 颗 粒 内 的 扩 散 阻 力 以 微 孔 内 的 构 型 扩 散 阻 力 为 主 而 中 孔 和 大 孔 的 努 森 扩 散 分 子 扩 散 阻 力 较 小 而 且 颗 粒 的 扩 散 参 数 斜 率 随 着 初 始 &' 浓 度 的 提 高 而 增 加 这 是 因 为 较 高 的 初 始 &' 浓 度 提 供 了 更 大 - 的 推 动 力 化 学 吸 附 净 速 率 的 一 般 化 方 程 式 0 500 '. 0 5 0 '. 考 虑 到 实 验 的 温 度 和 压 力 维 持 不 变 混 合 气 体 成 分 复 杂 而 且 物 理 吸 附 对 吸 附 质 的 无 选 择 性 使 &' 在 活 性 焦 表 面 的 覆 盖 度 并 不 高 而 化 学 吸 附 的 生 成 物 被 吸 附 在 活 性 焦 表 面 稳 定 性 较 强 不 易 解 吸 可 近 似 为 零 则 吸 附 速 率 50 0. 分 析 + 化 学 吸 附 速 率 方 程 基 本 符 合 2($% 模 型 理 论 推 导 下 的 吸 附 速 率 方 程 当 单 质 汞 入 口 浓 度 为 *' 0 参 数 分 别 对 应 图 6+# () 吸 附 动 力 学 模 拟 结 果 ;('#(!' ))6+# () ")(! 3(!($)! (!(!&' $!$!"(! 278*1 方 程 模 型 模 拟 结 果 分 析 &' 体 系 中 活 性 焦 用 量 ' 气 体 加 入 量 0 反 应 温 度 分 别 为 总 流 量 为, (! 0 &' 入 口 浓 度 *' 0 活 性 焦 吸 附 单 质 汞 的 脱 除 量 如 图 所 示 以 ' 对 '& 作 图 由 线 性 回

第 期 张 海 茹 等 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析,+-, 图 不 同 吸 附 温 度 时 活 性 焦 的 &' 脱 除 量 ;('&' 2"7"("(!") 与 & " 是 线 性 关 系 以 实 验 所 得 的 值 对 & " 作 图 然 后 进 行 线 性 回 归 得 到 直 线 斜 率 为 值 将 值 带 入 吸 附 积 分 方 程 中 计 算 出 活 性 焦 不 同 温 度 下 脱 汞 量 随 时 间 的 变 化 值 与 实 验 结 果 对 比 对 比 情 况 见 图, 对 比 结 果 可 见 "!'%" 方 程 模 拟 的 活 性 焦 脱 除 单 质 汞 动 力 学 曲 线 与 实 验 结 果 能 很 好 吻 合 所 以 该 方 程 可 以 用 来 描 述 单 质 汞 在 活 性 焦 上 的 吸 附 动 力 学 行 为 吸 附 动 力 学 模 型 中 吸 附 速 率 常 数 的 大 小 反 映 了 吸 附 速 率 的 快 慢 由 模 拟 结 果 可 得 出 且 与 图 曲 线 斜 率 的 大 小 相 一 致 温 度 升 高 对 活 性 焦 脱 汞 性 能 的 影 响 主 要 表 现 为 对 化 学 吸 附 的 强 化 作 用 和 对 物 理 吸 附 的 抑 制 作 用 在 &' 体 系 中 温 度 影 响 了 活 性 焦 吸 附 除 汞 的 机 理 化 学 吸 附 占 主 导 地 位 考 虑 到 两 者 的 综 合 影 响 应 该 选 取 一 个 合 适 的 温 度 在 该 温 度 下 活 性 焦 表 面 存 在 大 量 的 物 理 吸 附 而 且 发 生 化 学 吸 附 的 能 量 也 很 充 足 极 大 地 促 进 吸 附 质 被 吸 附 结 论 以 &' 体 系 作 为 研 究 对 象 主 要 考 察 了 温 度 单 质 汞 入 口 浓 度 对 原 始 活 性 焦 脱 汞 能 力 的 影 响 并 分 析 了 吸 附 机 理 得 出 以 下 主 要 结 论 图,"!'%" 模 型 的 模 拟 值 与 实 验 值 对 照 ;(',"!'%" ))$"4(% 5(!""" 归 可 以 求 得 方 程 中 的 速 率 常 数 ' 和 物 性 参 数 " 由 于 在 方 程 中 " 为 物 性 参 数 实 验 采 用 的 是 同 一 种 活 性 焦 在 相 同 吸 附 机 理 下 物 性 参 数 不 变 可 以 近 似 认 为 是 常 数 取 种 温 度 下 的 平 均 值 -- 作 为 吸 附 方 程 的 物 性 参 数 由 吸 附 方 程 知 入 口 &' 浓 度 为 *' 0 时 脱 除 效 率 曲 线 线 型 具 有 相 似 性 在 吸 附 初 期 均 呈 现 出 快 速 上 升 的 特 点 在 后 续 吸 附 时 间 内 脱 除 效 率 曲 线 局 部 波 动 且 最 终 趋 于 稳 定 对 应 的 脱 除 效 率 稳 定 值 随 入 口 浓 度 的 增 加 而 增 加 整 个 过 程 是 由 多 种 动 力 学 机 制 共 同 决 定 的 吸 附 过 程 以 化 学 吸 附 为 主 即 通 过 影 响 扩 散 和 表 面 反 应 而 导 致 总 体 化 学 吸 附 行 为 的 变 化 反 应 温 度 的 升 高 均 使 活 性 焦 对 &' 的 吸 附 能 力 先 上 升 后 下 降 可 作 为 该 体 系 活 性 焦 的 最 佳 除 汞 温 度 并 且 吸 附 过 程 发 生 了 化 学 吸 附 或 者 化 学 反 应 "!'%" 方 程 模 拟 得 出 吸 附 速 率 常 数 存 在 关 系 这 有 助 于 加 深 对 脱 除 机 理 的 认 识 也 为 活 性 焦 脱 汞 技 术 的 应 用 提 供 一 定 的 理 论 依 据 和 技 术 支 持 而 且 该 模 型 与 实 验 的 匹 配 程 度 也 比 较 好 即 可 以 更 加 有 效 地 引 导 下 一 步 实 验 研 究 的 方 向 对 实 际 应 用 起 到 指 导 作 用

,+-7 化 工 学 报 第 卷 / 92($%9()# 8#$(!$"" 2(4 ")"!!2(!!"6) & ',9,+, "!' #(! 况 敏 9"!':%" 杨 国 华 &!(" 胡 文 佳 %!! 陈 武 军 /!")()"!)$ $%!' 2(!' $ $"& <. 环 境 科 学 与 技 术 * 2,+- #(=1%"$(!$"+(4 "!)"! %(!!$4+'"))%(>"(! & &79+ %88$"? #$)"$3 ())(! @ $($((4 "!) & &,:3,+,8/$(2""($=$(! #$;("(!' 8$ = 1 : $ 3(!($) "! $! %'()(! )(" $6)(! '"))? (!$(!!"(@!(2)((!$(!!"( -A!' & (! ;:=2"!" $ $" $6)(! '") 6 $%(+('!" "$(2"$"6! 2:2 + *=! ("!( 任 建 莉 A% (!)!' 周 劲 松 A%!'"!' 骆 仲 泱! " 岑 可 法 /! 5(!")! "$(2"$"6! )6!) '")+ %")$ 2"'") % & 中 国 电 机 工 程 学 报 6 -+-, =! ("!( 任 建 莉 A% (!)!' 周 劲 松 A%!'"!' 骆 仲 泱.A%"!' 徐 璋 A%"!'.( 张 雪 梅 "+6"))6!) $2" 2" '") ' 2 "%&. 燃 料 化 学 学 报 26,,,+, #!$=8"!"'( 1!( A()6! %"$(2 2) $ '")) 2&&&2; -+ #( )!?!%" : %"!!" = 8""(! %) "! ) $ $ )6!)/( "! ") #"!"'! /))$("(! ) /!!" #(!' "! 5%(6((! "!?(' /*?!%" : #( %"!'='"!8#$ $"6"!"$(2"$"6!(!"(5+6 6!$%+)$" )) /( "! ") #"!"'! /))$("(! % /!!" #(!' "! 5%(6((! 1! "!""- #(?!%" :)!4!1?;'") $)! " $"6!+6") $ )6! 2 %%.,+ ( ( (($ =?4! 1?"$ '") $!((!)! $ "3 6 )+('!" "$(2" $"6! $"&.26,+,,9"!=("!'?11)!!'989!$%+ )$" 5(!" 2""(! $"6! "!$! $2" ")(! 2:2 * + 9(! 9"!)%"! 尹 艳 山 A%"!'! 张 军 %!' %"!'!' 盛 昌 栋 /)(!7((6("!3(!($) 2"!"$(2"$"6!) % & 中 国 电 机 工 程 学 报 27+, -:"&!'("!' 高 洪 亮 A%(!)!' 周 劲 松 A%!'"!' 骆 仲 泱 (!($)$")(!!"$(2"$"6!(!$"+('")) ' 3%&&&. 中 原 工 学 院 学 报, + *A%"!'(! 张 斌 &!%( 侯 文 慧 ;"!8!'%( 范 朋 慧 9"!' #!' 杨 蒙 9"!' &!'(! 杨 宏!"$(2 $ "(! "")! % $6(! 2" "! $(!'") )(!' "$(2"$3 '& 煤 炭 学 报,*+,, ("!(!' 李 兰 廷 #$%"!() 2" "!!"$(2"$3$$!!'")! "$(2"$3 '& 煤 炭 学 报 *,+* : "? /(( ("!" = =8"!$ ((!(!($"(!$")(!$)) "! %!"($ )() "%& ""&* +..(!':"" "!'!(9 B(!"! "!' 9(%7(!'/)(! %)%" "7) )(!)! (( 4%" )($%""$()($) 3(!($"!$!)() %%4 3 +, >$"!/>$"!//)(!"$()"7) )(!)! "$(+"$(2" 6!!( ' &9 + (%!(!' 李 春 玲 9 B(!"! 岳 钦 艳 (9(!' 李 颖!?"(!' 孙 大 明 /)(! "! )(!>(!$ "!$"(!(( ' #$%& & 山 东 大 学 学 报 理 学 版 66 + %"/ ///64"%"6=2"?($ + "(($("5(!)(!' "$(2"$"6!"!'")(!()%"! 3(!($)() ' 56% &% 97 +,;6("! )")(% /!") 9 &!")4"()"(7((6("!3(!($)()(! ")(!%"2"))(!'6()6!")" $!)() ' 56% &% 9 +, " 9 8(!' 88")" = 7((6( "! 3(!($)() %6()(!)) $ (!"7))(!)(!'.&%"2) 4 '56%&%2 +- -/$%"" "% #%"! = #(3" =2"" 4")4" 6"$(2"$"6! 2 ""(! 46>(!$$%("$(2"(!

第 期 张 海 茹 等 活 性 焦 汞 吸 附 特 性 及 动 力 学 机 理 分 析,+-: "'6; + *4 #?(!($)$%()(! '"))!)() "0$8%93 -+ (A%((()!"6)(!4$!$!"(! 6"$(2"$"6!(6 "! '!"(! 6 ($4"2 "("(!?.("!.("! @!(2)( /$%($ '"% &"!"("%# / #/)(!$! 66 5$ 9%%% " 4 3(!($ 7((6( "!%!"($)() 4" '*2;,+,.(!'9(!4 熊 银 伍? #(!'%" 杜 铭 华.!' 步 学 鹏 ("!'?"(!' 梁 大 明 5(!" )"$% 2(!'$'")6 (("$(2"$3 %& 中 国 电 机 工 程 学 报 -,-+ =: 8'! /:"$ = "3(!)! / 8 &/ /?'4?"!((=!'")(( $ ())(!) (! " % '") ( % $ " 2:3,+ "!1$%!'- (! ;!'! )(>"(!!((($"(! "! ")(! $6$""($"$(2"$"6!? %"!&">%!'@!(2)($(!$"! 1$%!' :"!(8!!(! & &"'()= /2)6!) $ 2" '") %& "%& 0%2; +,!.("( 孙 小 莉 A!' B(!'5"! 曾 庆 轩 ;!' %"!''! 冯 长 根 /)(! 3(!($) $%(!"! "!(! 5$%"!'(6 $!"(!(!' "(! &%+" 物 理 化 学 学 报 7,+,- ( (($ =? 4! 1?"$ '") $!((!)! $ "3 6 )+('!" "$(2" $"6! $"&.26,+, -=%2!? #8(!$() /)(! "! /)(! 8$))) #4 93%! ( <!)*