活性炭纤维改性负载硫（ACF-S）去除低温烟气中挥发性铅及颗粒态铅的机理研究

焚烧烟气中铅的的存在形态主要有气态铅（如氯化铅）和颗粒态铅（如氧化铅、硫酸铅）。传统的除尘设施（如布袋除尘器）只能去除微米级以上的颗粒铅，对气态铅及亚微米级的颗粒态铅去除效率很低。目前研究人员普遍关注的钙基和硅铝基吸附剂只有在高温下（>700度）才能通过化学吸附去除烟气中的铅，在200度左右的低温烟气中对铅没有化学反应活性。本课题拟采用活性炭纤维负载活性硫（ACF-S）技术，高效去除低温烟气中的气态铅和颗粒态铅。主要研究内容包括：（1）各种形态铅在高含氯、含SO2烟气中的相互转化机理（硫的存在形态将影响吸附材料的净化效率）；（2）采用气相沉积法及化学溶液浸渍法制备ACF-S材料，研究硫在ACF表面的物理和化学形态特征；（3）ACF-S材料对颗粒态铅/气态铅净化的物理/化学机理；（4）实现ACF-S材料对烟气铅的净化效率>99%。该研究成果也适用于其它燃烧过程的铅控制，应用前景广阔。

城市生活垃圾焚烧产生的烟气中，含有大量的挥发性重金属，其中铅的排放对生态环境有着直接的和潜在的危害。焚烧烟气中铅的存在形态主要有颗粒铅和气态铅。活性炭纤维改性负载硫材料不仅可以高效吸附焚烧烟气中颗粒态的铅，而且可以去除大部分的气态铅，产生稳定的硫化铅。本课题对于活性炭纤维负载硫材料的制备方法、该材料去除颗粒铅和气态铅的机理，以及活性炭纤维负载率材料捕集各种形态铅后的稳定性进行了研究。.首先，研究了模拟烟气中气体氛围及温度对颗粒态铅和气态铅之间相互转化的影响。烟气温度对铅形态的影响较大，升高烟气温度可降低焚烧烟气中气态铅的比例，进而减少烟气中铅的排放。同样，烟气氛围也对两种形态铅之间的转化有很大的影响。当HCl浓度超过300ppm时其影响将超过温度，此时HCl促使颗粒态铅（如PbO、PbCO3）转化为气态铅（PbCl2）。SO2的存在会抑制颗粒铅的生成，温度越高，抑制作用越明显。.其次，考察了活性炭纤维对三种硫化合物的负载能力、硫在活性炭纤维表面的负载形态及ACF改性材料的性能。三种ACF改性材料的硫负载率差别很大，顺序为ACF-Na2S＜ACF-S＜ACF-Na2S4。三者的最大硫负载率分别为1.8%，13%和27%。硫的负载率对材料的比表面积及平均孔径的影响比较大，比表面积和平均孔径均会随着硫负载率的增大呈现下降趋势。含硫颗粒在ACF表面的负载会出现多种不同的情况，如点状分布、面状分布。另外，在Na2S4负载到ACF的过程中会发生如下反应：Na2S4→Na2S+3S，S+O2→SO2。.第三，对三种ACF改性材料在不同的气体氛围中对颗粒铅和气体铅的去除进行了研究。三种ACF改性材料在不同的气体氛围中，对两种形态铅的去除效率不同，但都高出原始ACF材料20%以上。ACF改性材料在捕集铅的过程中会与铅发生反应：Pb2++S2-→PbS，生成挥发性极小的PbS，避免了对环境造成二次污染。另外，单位质量的ACF改性材料的极限除铅量的排序为：ACF-S＞ACF＞ACF-Na2S＞ACF-Na2S4。三种ACF改性材料的重金属Pb的浸出率都比原始ACF材料低了很多，其中浸出率最低的是ACF-Na2S4，其次是ACF-S，再次是ACF- Na2S。.总之，活性炭纤维改性负载硫可以有效去除焚烧烟气中挥发性的铅，且捕集铅后的材料重金属浸出率很低。