TiO_2基纳米管吸附—光催化氧化脱除燃煤烟气中单质汞的研究

【摘要】：汞具有剧毒性、生物积累性、持久性,对生态环境及人类健康的危害极大。燃煤对人为大气汞排放贡献最大,Hg0可以在大气中长距离传输形成全球性的汞污染,在汞污染控制领域备受关注。目前研究得较多的吸附脱汞技术存在处理成本高和二次污染等问题,吸附-光催化氧化技术可高效脱除烟气中Hg0,为燃煤烟气汞污染控制提供了新思路。 本文首次将TiO2基纳米管用于燃煤烟气中单质汞的吸附-光催化氧化脱除,考察了纳米管结构,碳掺杂和贵金属单质改性处理对TiO2纳米管(TNTs)吸附-光催化氧化脱除Hg0性能的影响,对TiO2基纳米管吸附-光催化氧化脱除Hg0作用机理展开了较系统的研究。 本文采用强碱-水热法制备了具有纳米管结构的TNTs,运用XRD和TEM等表征手段,分析不同焙烧温度热处理后TNTs的物理结构特征,考察焙烧温度对TNTs脱汞性能的影响,由此探讨TNTs吸附-光催化氧化脱除Hg0反应机理。研究表明,TNTs的独特纳米管结构,可增强吸附和光催化氧化之间的协同作用,使吸附-光催化氧化脱汞效率逐渐增加(脱汞效率连续100h保持93%以上)。随着焙烧温度的升高,钛纳米管内部孔道逐渐坍塌,管状结构被棒状结构取代。500℃焙烧处理的TNTs吸附-光催化氧化脱除Hg0效果最佳。 采用ITNTs-乙醇复合热处理方法制备了碳掺杂Ti02纳米管(C/TNTs),运用多种表征手段,分析C/TNTs物理结构特征和掺杂碳的化学形态,考察C掺杂对TNTs结构和光催化氧化性能的影响。研究发现,与未掺杂TNTs相比,C掺杂可以在一定程度上保护纳米管结构不被热处理高温破坏,但无法改变管状结构随焙烧温度升高被棒状结构取代的趋势。C/TNTs可达到近100%的Hg0脱除效率,是一种良好的吸附-光催化剂。 为了进一步提高TNTs的吸附能力,采用光还原法制备了贵金属单质改性TNTs。考察了不同贵金属单质改性TNTs吸附-光催化氧化脱除Hg0性能,同时运用TEM和XPS等分析了贵金属的存在形式以及改性TNTs的结构。研究表明,通过贵金属单质和TNTs的联合作用,促进了吸附和光催化氧化之间的协同作用,显著提高了TNTs吸附-光催化氧化脱除Hg0性能。