基于低溫等離子體改性煙草焦的制備及其在煙氣降害中的應(yīng)用研究.pdf

1、我國是煙草生產(chǎn)大國，每年有超過三百萬噸的煙草產(chǎn)量，其中有一百多萬噸廢次煙草無法用做卷煙，其中大部分廢次煙草被焚燒或拋棄，不僅對環(huán)境造成污染，還導(dǎo)致資源浪費。近年來，活性炭法煙氣降害技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，活性炭的需求量也日益增加，所以利用廢次煙草制備活性炭是一種有效的變廢為寶方法，然而活性炭生產(chǎn)成本較高，生物質(zhì)焦與活性炭具有相似的性質(zhì)，且生產(chǎn)成本較低，但吸附性能較低，目前有許多提高生物質(zhì)焦吸附性能的改性方法，但這些改性方法成本同樣較高。低

2、溫等離子體技術(shù)具有諸多改性有點，且成本低廉。因此，本文以廢次煙草為原料制備煙草焦，利用低溫等離子體對其改性，并應(yīng)用于煙氣降害研究。
　　研究中先對四種不同產(chǎn)地和不同組織的煙梗和煙葉進行理化特性分析（工業(yè)分析、元素分析、XRF分析、熱重分析和FTIR分析等），以確保本實驗方法對煙草具有廣泛適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地?zé)煿ｉg或煙葉間的理化特性差別非常小，煙梗與煙葉之間略有不同，但同其它生物質(zhì)相比，其可以忽略不計。
　　為了研究熱解

3、條件對煙草焦吸附性能的影響，分別在400℃、600℃和800℃等不同熱解溫度下熱解10 min、20 min和30 min等不同時間，制取煙草焦，并對其進行表面形貌、孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成測試分析。研究發(fā)現(xiàn)，與其他生物質(zhì)焦不同，不同熱解條件下制取煙草焦的比表面積幾乎沒有改進，其中600℃熱解30 min焦最大，為1.14 m2/g，無法用作吸附劑，需研究煙草焦孔隙結(jié)構(gòu)形成的影響機理，使其具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。
　　煙草中Ca的含量較

4、高，Ca對焦的孔隙結(jié)構(gòu)形成具有重要影響，因此，通過研究不同存在形式Ca對煙草焦孔隙結(jié)構(gòu)的影響，探討影響煙草焦孔隙結(jié)構(gòu)形成的機理。研究發(fā)現(xiàn)，煙草中的鈣對焦表面的孔隙結(jié)構(gòu)促進作用不大，外置Ca(NO3)2和CaCl2對焦表面的孔隙結(jié)構(gòu)有顯著的促進作用，并且與Ca濃度成正比，CaCl2的促進作用較強。然而Ca在熱解中反應(yīng)生成碳酸鹽，使煙草焦表面豐富的孔隙幾乎全部被堵塞，導(dǎo)致煙草焦的比表面積非常小，所以煙草焦需酸洗脫灰后才能用作吸附劑。

5、　　采用輝光低溫等離子體對800℃熱解60 min煙草焦進行改性，分析了改性氣氛和改性時間等對煙草焦吸附性能的影響，結(jié)果表明，低溫等離子體改性使煙草焦比表面積減小和表面C=O、COOH和C=C等官能團增加，改性時間越久比表面積減小越多，而官能團含量先增加后減小。改性氣氛對比表面積影響相對較小，但對表面官能團影響較大，氮氣氣氛下改性焦含量最多，其次是氧氣，空氣最少。
　　分別通過在卷煙濾嘴中添加改性煙草焦的形式研究其對卷煙煙氣中多環(huán)

6、芳烴(PAHs)的脫除特性，和在模擬電廠排放煙氣的固定床上研究其對Hg0的脫除特性。結(jié)果表明，改性焦在濾嘴中的添加形式對PAHs的脫除有影響，在靠近煙氣入口處脫除效果最好，在物理吸附和化學(xué)吸附共同作用下，大部分PAHs組分的脫除率隨改性時間先增加后減小，改性10min時最好，改性30 min后效率最低;氧氣氣氛下改性焦對PAHs的脫除優(yōu)于空氣下焦。煙草焦改性后脫汞率顯著增加，在孔隙結(jié)構(gòu)和含氧官能團的共同影響下，脫汞量隨改性時間先增加后減