煤炭一直是我国的主要能源,每年要消耗大量的煤炭,而燃煤产生的Hg污染问题已经引起了世界各国的高度重视,越来越多的专家学者致力于烟气脱汞的研究。烟气脱汞技术的关键是吸附剂的制备与改良,所以制备出高脱汞性能的吸附剂成了烟气脱汞的重点和难点。本文采用阳离子交换树脂作为前驱体,利用金属元素对阳离子交换树脂进行负载,制备具有一定脱汞性能的吸附剂,并展开了一系列的研究。采用热重分析、元素分析、X射线衍射分析、氮气吸脱附等温线分析、拉曼光谱分析和振动样品磁强计分析等手段对吸附剂的失重行为、元素组成及物理化学性质进行表征;在模拟烟气条件下,利用固定床反应器对吸附剂的脱汞性能进行评价,并通过定速升温脱附法对吸附剂表面上生成的汞化物进行分析,探究汞化物的形态及其热稳定性。1.本章使用阳离子交换树脂作为炭源,利用Fe3+和Fe2+对前驱体进行改性,通过炭化(T)和活化(H)处理,制备了三种不同磁性吸附剂材料(Fe3+-H、Fe3+/Fe2+-T、Fe3+/Fe2+-H),并探究了三种吸附剂的磁性和脱汞性能的差别。结果表明,Fe3+/Fe2+-H吸附剂具有最高的比表面积,剩余磁化强度和饱和磁化强度;通过X射线衍射谱图,Fe3.4+/Fe2+-H吸附剂上负载了 FeS和铁氧化物(FexOy)。通过脱汞实验发现,Fe3+/Fe2+-H吸附剂具有最高的脱汞性能,其原因是Fe3+/Fe2+-H吸附剂具有较大的比表面积,以及吸附剂内FexOy对Hg的催化氧化性能;在反应温度80℃C～180℃C条件下,Fe3+/Fe2+-H吸附剂的最佳脱汞温度为120°C;反应气氛中的S02会对脱汞产生促进作用,其原因是S02和Hg可以在催化氧化作用下生成HgS04,从而被吸附。通过程序升温脱附实验确定了 Fe3+/Fe2+-H吸附剂表面汞化物的稳定性,结果表明,Hg在Fe3+/Fe2+-H吸附剂表面的吸附形式主要为HgO、HgS和HgS04;此外,Fe3+/Fe2+-H吸附剂在5次循环实验之后仍然保持着较高的脱汞性能,具有良好的循环使用性能。2.本章实验使用阳离子交换树脂作为炭源,利用Ce对前驱体进行改性,分别通过炭化和活化处理制备了两种吸附剂材料(Ce-T和Ce-H),研究了两种吸附剂材料的脱汞性能以及机理。通过X射线衍射衍射谱图发现Ce-H吸附剂内含有Ce2S3和Ce02等Ce基化合物,有利于吸附剂对Hg的催化氧化,而Ce-T吸附剂没有检测出Ce基化合物,与拉曼谱图表现出的结果相吻合;通过XPS分析可知,Ce-H吸附剂内含有丰富的晶格氧[O],有利于吸附剂对Hg的氧化吸附;在反应温度80℃～180℃C条件下,研究了吸附剂的脱汞性能,结果表明,Ce-H吸附剂的脱汞性能比Ce-T吸附剂更高,其原因是Ce-H吸附剂内的Ce2S3和晶格氧[O]的协同作用;烟气成分对Ce-H吸附剂的脱汞性能有一定的影响,02可以促进Ce-H吸附剂的脱汞性能,主要原因有两个:一是02可以直接促进Hg的氧化,二是O2可以补充吸附剂消耗的晶格氧[O];Ce-H吸附剂的脱汞性能高于商业椰壳活性炭。通过程序升温脱附实验确定Ce-H吸附剂表面汞化物的稳定性,结果表明,Hg在Ce-H吸附剂表面的吸附形式主要为HgO、HgS和HgS04,HgO主要通过晶格氧[O]对Hg的化学氧化形成,HgS主要通过Ce2S3与Hg反应生成,HgSO4主要通过晶格氧[O]、S02和Ce2S3的共同作用下反应生成;Ce-H吸附剂经过5次循环实验后,保持着很高脱汞性能,具有良好的循环使用性能,结合X射线衍射谱图分析,Ce-H吸附剂再生后,吸附剂表面的Ce2S3转化为了 Ce02;除此之外,通过循环脱附实验发现,再生后的Ce-H吸附剂上汞生成物没有发生明显的变化。