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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。目前,对于焚烧源铅的控制研究主要集中于钙基和硅铝基吸附剂及其改性产品上,由于钙基和硅铝基吸附剂在烟气温度下(180~220℃)很难与颗粒铅和气态铅反应,只能通过物理吸附的方式去除少量的铅。目前应用最多的活性炭喷射+布袋除尘器捕集技术仅能去除30%左右的颗粒铅,大部分气态铅进入大气环境形成铅尘。因此,开展铅污染控制的研究对于减轻铅对生态环境的危害具有重要意义。 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,生成稳定的硫化铅。对于活性炭纤维负载硫材料的制备方法、材料去颗粒铅和气态铅的机理,以及活性炭纤维负载硫材料捕集各种形态铅之后的稳定性进行了研究。 首先,开发出了实验室条件下气态铅和颗粒铅的稳定释放源。并且研究了模拟烟气中气体氛围及温度对颗粒铅和气态铅之间相互转化的影响。试验结果表明,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。结果表明,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很小。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,结果表明,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。