文档介绍：固体吸附剂对重金属元素吸附脱除的研究
李宇辉
(华南师范大学化学与环境学院广东广州 510000)
摘要:固体吸附剂对重金属的排放具有吸附作用,并且吸附剂对不同的重金属元素的吸附有选择性。吸附剂吸附重金属元素是通过物理吸附和化学吸附,其中它们在吸附过程中是共存的。通过添加固体吸附剂来抑制重金属的排放被广泛认为是一项有前景的技术。本文主要以燃煤飞灰和活性污泥两种固体吸附剂为例,探究固体吸附剂对重金属元素的吸附机理和对不同对象的吸附效果。
关键词:固体吸附剂重金属燃煤飞灰活性污泥
现在的很多工业部门,在其生产过程产生的废气、废水中,都会含有或多或少的重金属元素。这些重金属元素如果不经过处理而直接排放,不仅会严重污染大气和水体,造成生态破坏,而且会通过各种途径在人体内富集,对人体会产生长期的、不可想象的危害。因此,研究出一种对重金属元素有良好吸附脱除作用的吸附剂有非常重要的意义。通过添加固体吸附剂来抑制重金属的排放被广泛认为是一项有前景的技术。
在不同的环境下,对不同的吸附对象要用不同的固体吸附剂,下面来举两个例子:
㈠燃煤飞灰对废气中重金属元素的吸附
煤是我国能源消费结构中占比重最大的燃料。煤中的痕量重金属元素,在煤燃烧过程中,随着温度的升高,痕量元素如Hg、Pb、Cr、Cd等会挥发出来并附着在亚细微米颗粒上,随之排入大气中,对生态环境和人体造成危害。亚细微米颗粒在大气中主要以气溶胶形式存在,不易沉降,其化合物不易被微生物降解,可以在人体内沉积,并可以转化为毒性很大的有机化合物。现有的除尘设备对直径小于1μm的颗粒的捕获效率不是很大,目前比较经济有效的方法是采用固体吸附剂对其进行控制,以减少金属挥发的数量和捕获挥发的金属蒸气。这种方法是通过物理吸附和化学反应固定痕量金属化合物,并将它们转化为对环境无害的形式。国内外研究表明,固体吸附剂对烟气中的金属蒸气的清除非常有效。[1]
煤燃烧过程中生成的飞灰实际上是一种吸附痕量重金属的固体吸附剂,而飞灰结构和组分,灰中含碳量以及烟气温度等因素对飞灰吸附脱除痕量重金属有不同的影响。研究表明,这种吸附脱除机理是一种复杂的物理吸附和化学反应及化学吸附的组合,飞灰本身的结构特性和化学组分对痕量元素的吸附影响很大,烟温也是关键的影响因素,而灰中含碳量对其影响很小。[2]
煤中的痕量重金属元素在高温下从煤中释放出来,一部分汽化后呈气态存在,在烟气逐渐降温的过程中,痕量元素蒸气会形成很小的气溶胶基核,并在其周围的灰粒上凝结富集,其凝结的数量与痕量元素的挥发性及灰粒比表面积的大小有很大关系,而痕量元素的挥发性是与痕量元素在煤中的赋存形态以及燃烧工况
(主要是温度和气氛) 等因素有关;灰粒比表面积的大小则与灰粒粒径和孔隙结构特性因素有关。这些因素均表现出物理吸附的特征。实际上,对于痕量元素,除了物理吸附外,还存在着化学吸附。这是由于灰粒含有多种矿物质组分,包括多晶体的聚合物、非晶体和玻璃状矿物质,其主要成分(表1) 为K、Na 、Ca 、Si 、Fe 、Al 和Ti 等,主要以氧化物、硅酸盐和铝硅酸盐形式存在。当然,灰粒里面还存在一些痕量元素,一般都以非水溶性形态存在于硅酸盐和铝硅酸盐晶格上。这些矿物质组分在一定温度条件下可以和痕量元素蒸气发生化学反应,以新的化合物吸附在灰粒上。显然,这种化学吸附与痕量元素