荧光灯辐照下光催化剂湿法脱汞研究(2)

式中，Cin和Cout分别表示光催化反应器进口和出口的 Hg0浓度，μg·m?3。

图1 湿法光催化脱汞装置Fig. 1 Schematic diagram of Hg0 photocatalytic removal setup using wet bubbling method

1.3 表征方法

样品的比表面积和孔径分布利用美国康塔仪器公司的 Autosorb-iQ型比表面积及孔隙度分析仪测定。光催化剂的形貌采用美国FEI公司的NoVaTM Nano SEM 430型场发射扫描电子显微镜（SEM）检测。样品的物相表征使用德国布鲁克D8 Advance型X射线衍射仪（XRD）测试。光催化剂的紫外?可见漫反射光谱（DRS）采用日本日立U-4100型紫外-可见分光光度计测量。样品中元素的价态由美国Thermo Fisher Scientific公司的ESCALAB 250XI型X射线光电子能谱仪（XPS）检测（Al Kα为激发光源，能量hv=1486.6 eV）。光催化剂的活性自由基采用德国Bruker公司的ER200-SRC（λ ≥ 420nm）电子自旋共振仪（ESR）测试。

2 结果与讨论

2.1 光催化剂的活性

2.1.1 各催化剂的脱汞性能 图2为基本烟气成分下各催化剂对Hg0的脱除效率。由图2可以看出，BiOCl的脱汞效果约为67%，而AgCl的脱汞效果高达90%。考虑到AgCl的成本较高，不利于其商业化推广，本研究将廉价的BiOCl与AgCl进行复合。研究发现，Ag/Bi物质的量比由0.1增至0.5时，催化剂的脱汞效率先增加后降低。当Ag/Bi物质的量比为0.2时，脱汞效率最高（约为91%），高于BiOCl和AgCl的脱汞效率，说明BiOCl与AgCl之间存在较好的协同效应，这与文献[23-24]结果一致。

图2还给出了经 UV灯辐照的光催化剂Ag@AgCl(0.2)-BiOCl和未经UV灯辐照的光催化剂AgCl(0.2)-BiOCl的脱汞效率。对比发现，与AgCl(0.2)-BiOCl催化剂80%的脱汞效率相比，经UV灯辐照后，催化剂呈现出更好的脱汞性能，这应该与催化剂表面形成部分纳米银颗粒和催化剂表面物理化学结构的变化有关。

图2 各光催化剂的脱汞效率Fig. 2 Hg0 removal efficiency of different photocatalysts

2.1.2 溶液温度的影响 由Arrhenius方程知，化学反应速率与反应温度呈正比关系，反应速率最高时存在最佳的反应温度，之后再提高反应温度会抑制化学反应的进行。图3为不同反应温度下Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂的脱汞效率。由图3可以看出，反应温度为20、40和60℃时，反应60 min后的脱汞效率分别为95%、91%和86%，表明低温有利于Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂脱汞活性的提高，Zhan等[6]和Zhang等[25]也发现了类似的研究结果。通常情况下，气体在溶液中的溶解性和传质速率受溶液温度的影响，因此，反应温度升高，脱汞效率降低的原因可能为 O2和 Hg0的溶解度降低，进而减少活性物种的产生及其与Hg0的有效接触而导致的。

图3 溶液温度对脱汞效率的影响Fig. 3 Effect of solution temperature on Hg0 removal efficiency

2.1.3 溶液pH的影响 溶液的 pH会直接影响溶液中H+和OH?的含量，进而影响化学反应的方向。图4为不同pH下Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂的脱汞效率。由图4可以看出，pH由2升高至7时，脱汞效率略微降低。当pH增至11时，脱汞效率降低至70%，表明pH增加，不利于光催化剂对Hg0的脱除。在可见光催化脱汞过程中，可能发生如下化学反应

低pH时，反应(7)会受到抑制，使溶液保留大量的空穴（h+）；高pH有利于反应(8)的进行，消耗了溶液中较多的h+，产生了羟基自由基（˙OH）。与˙OH相比，h+可能对Hg0的氧化能力更强。因此，酸性条件下脱汞效率较高，碱性条件下脱汞效率较低。

图4 溶液pH对脱汞效率的影响Fig. 4 Effect of solution pH on Hg0 removal efficiency

2.1.4 SO2和NO的影响 虽然燃煤电厂均已安装了烟气脱硫脱硝装置（如湿法脱硫和选择性催化还原脱硝装置等），但烟气中仍会存在少量的 SO2和NO气体，其存在可能对催化脱汞性能产生一定的影响[6,26]。图5为分别添加 800 mg·m?3 SO2和 400 mg·m?3 NO时Ag@AgCl(0.2)-BiOCl光催化剂的脱汞效率。由图5知，添加800 mg·m?3的SO2后，脱汞效率略有降低。表明SO2的加入会轻微抑制该光催化剂的脱汞性能，但其脱汞效率仍约为88%。在70 min时刻，切断SO2后，发现脱汞效率迅速回升至其初始值，表明SO2对Ag@AgCl(0.2)-BiOCl脱汞性能的抑制是可恢复的。与SO2类似，NO的添加亦会抑制该光催化剂的脱汞效率，且随着NO的持续添加，脱汞效率逐渐下降，表明NO对该催化剂的抑制作用较为明显。

图5 SO2和NO对脱汞效率的影响Fig. 5 Effect of SO2 and NO on Hg0 removal efficiency

Liu等[27]和Zhang等[28]采用光催化技术脱硝和脱汞时发现，反应溶液中存在较多的硫酸根和少量的硝酸根，证明了SO2和NO与活性物种之间的反应。NO的化学活性较差，不易与水溶液反应，但会与溶液中的˙OH等活性物质反应[27]；SO2则较活泼，易与水溶液反应，更易与溶液中的活性物种反应，它们的出现均会与Hg0竞争溶液中活性物种，进而影响Hg0的高效氧化。SO2和NO与活性物质（如˙OH、˙O2–和 h+）的化学反应如下[7,27]

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0420/456.html