等离子体改性生物炭吸附脱除烟气汞的性能及机理研究

Mmercury in coal-fired flue gas is an important source of mercury pollution, conventional activated carbon de-mercury is expensive, the removal of mercury by biochar from crop straw has been paid more and more attention, previous studies have mainly used physical or chemical modification technology to improve the mercury removal performance of biochar, while the plasma is also an efficient modification technology. The project will focus on study the performance and mechanism of mercury removal from flue gas by plasma-modified biochar. Firstly, the mechanism of biochar modified by plasma will be studied from the aspects of biochar composition, microscopic morphology, thermal stability, pore structure and chemical functional groups. Secondly, the performance and mechanism of mercury removal by modified biochar will be determined, the mass balance of mercury and mercury compounds will be discussed by the temperature programmed desorption of mercury, the pore structure and chemical functional groups of biochar surface will be analyzed before and after reaction, and relations between the experimental variables and microscopic characteristic parameter of biochar will be established, to explore the mechanism of mercury removal by modified biochar combined with isotherm and kinetic models. Finally, Combining the modification mechanism and the mechanism of mercury removal, the promotion mechanism of plasma modification on mercury removal by biochar will be determined. this project aims at obtaining the influence and promotion mechanism of plasma modification on mercury removal by biochar, and providing theoretical guidance for removal of mercury by plasma-modified biochar.

燃煤烟气汞是汞污染的重要来源，常规活性炭吸附脱汞成本昂贵，农作物秸秆制备的生物炭脱汞受到广泛关注，之前研究主要采用物理或化学改性技术提高生物炭脱汞性能，而等离子体也是一种高效的改性技术。本项目拟对等离子体改性生物炭脱除烟气汞的性能和机理进行研究。首先从生物炭成分、微观形貌、热稳定性、孔隙结构和化学官能团等多角度探索等离子体对生物炭的改性机制。再分析改性生物炭吸附脱汞的性能及机理，根据汞的升温脱附特性研究汞的质量平衡及吸附形态，并对比分析反应前后生物炭表面的微观形貌、孔隙结构和化学官能团等微观特性，建立实验变量与生物炭微观特性参数的定量关系，再结合吸附动力学和等温线模型，探索等离子体改性生物炭脱汞机理。最后，结合改性机制和脱汞机理，分析等离子体改性对生物炭脱汞的促进机制。本项目旨在获得等离子体改性促进生物炭脱汞的影响规律及机理，为等离子体改性生物炭脱汞提供理论指导。

燃煤烟气汞是汞污染的重要来源，常规活性炭吸附脱汞成本昂贵，农作物秸秆制备的生物炭脱汞受到广泛关注，之前研究主要采用物理或化学改性技术提高生物炭脱汞性能，而等离子体也是一种高效的改性技术。本项目拟利用等离子体在生物炭表面诱导生成强化Hg0脱除活性位点，并对等离子体改性生物炭脱除烟气汞的性能和机理进行研究。项目进展顺利，完成了预定研究目标。主要研究成果如下：.（1）通过多种典型生物质热解制备生物炭，利用氯、氧、氮、硫等离子体改性获得目标元素定向、定量掺杂的生物炭，建立放电功率、放电时间和放电气氛与生物炭孔隙结构、官能团之间的关联，获得多种类生物炭、多参数改性条件对等离子体改性生物炭机制。.（2）获得改性参数、初始浓度、吸附温度、气体成分等对改性生物炭脱汞性能的影响规律，建立微观形貌、孔隙结构、表面化学官能团等微结构和脱汞性能之间的定量关系，形成改性生物炭脱汞机理以及等离子体改性对生物炭脱汞的促进机制。.（3）建立单一组分等离子体放电模型，基于气体放电反应动力学明确生成物种浓度随时间的演变规律，理清放电过程中主要反应路径及生成的活性自由基，进一步构建典型原子掺杂的碳材料吸附汞模型，获得缺陷、官能团、原子掺杂对碳结构电子特性影响规律，明确Hg0的吸附位点、吸附能垒及吸附路径。.本项目获得等离子体改性促进生物炭脱汞的影响规律及机理，为等离子体改性生物炭脱汞提供理论指导。项目进展顺利，未进行调整并完成相关研究内容。依托本项目，发表SCI检索期刊论文13篇，全部标注本项目资助；受邀在工程热物理年会汇报基金进展，参加国际会议3次，作为大会秘书或分会主席主持国际会议2次，与美国西肯塔基大学、密西西比大学、理海大学、中国东北电力大学、河南理工大学、中科院的学者开展合作交流并发表SCI检索论文7篇，协助培养博士研究生1名，硕士研究生3名，获得研究生国家奖学金4人次。