CaO系捕集材トラップによるガス状水銀(II)の吸着・保持に及ぼすSOの悪影響.競合と不均一還元

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J. Hazard. Mater..2020 04;387:121679. S0304-3894(19)31633-4. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121679.Epub 2019-11-12.

CaO系捕集材トラップによるガス状水銀(II)の吸着・保持に及ぼすSOの悪影響.競合と不均一還元

Detrimental effects of SO on gaseous mercury(II) adsorption and retention by CaO-based sorbent traps: Competition and heterogeneous reduction.

Hongjian Tang
Wenqin You
Zewei Wang
Chunfeng Li
Chun Zhu
Liang Cai
Yufeng Duan

PMID: 31796365 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121679.

抄録

しかし、SO条件下でのHg(II)のサンプリングは、吸着剤トラップの不確かさを増大させる可能性がある。酢酸カルシウムと多孔質支持体から合成したCaO-AcSは、SOフリー条件下でのHg(II)捕捉に有効であることがこれまでに実証されている。本研究では、実験とDFT計算を統合して、Hg(II)保持能力に対するSOの影響をさらに評価した。その結果、SO条件下での二分割CaO-AcSトラップでは、HgClの突破率が増加していることがわかった。CaO-AcSの塩基性と空隙率の大幅な低下は、凝集体CaSOの形成に起因するものであった。CaO-AcSからのHgの放出は、Hg(II)とSOとの反応の可能性を示唆していた。CaO-AcS中のHg-TPDにより検出されたHgO及びHgSOは、この推測をさらに裏付けるものであった。さらに、表面結合したHg(II)種に対するSOの競合効果と還元効果の両方がDFT計算によって実証された。SOはHgClよりもCaOとの相互作用が強く、これはSOがLUMOレベルが低く、電子を受け入れやすいためである。反応経路から、SOが不足する条件下ではHg(II)は部分的にHgSOに還元され、SOが豊富な条件下では直接Hgに還元されることがわかった。本研究は、実用的なガス状Hg(II)サンプリングのためのSOの影響メカニズムとその改善策を十分に提案した。

Reliable gaseous Hg(II) measurement is crucial to mercury emissions control from coal-fired flue gas, but Hg(II) sampling under SO condition could probably increase the uncertainty of sorbent traps. CaO-AcS synthesized from calcium acetate and porous support were previously demonstrated to be effective for Hg(II) trapping under SO-free condition. This work further evaluated SO influence on its Hg(II) retention ability via integrating experimental and DFT computational studies. Increased breakthrough rate of HgCl was found in a two-section CaO-AcS trap under SO conditions. Significant basicity and porosity loss of CaO-AcS were attributed to the formation of agglomerate CaSO. Hg release from CaO-AcS samples suggested potential reactions between Hg(II) and SO. The detected HgO and HgSO species by Hg-TPD in CaO-AcS further confirmed this speculation. Moreover, both competition and reduction effects of SO on surface-bound Hg(II) species were substantiated by DFT calculations. SO showed a stronger interaction with CaO than HgCl because SO has a lower LUMO level and can accept electrons easier. Reaction pathways indicated Hg(II) was partially reduced to HgSO under SO-deficient condition, or directly reduced to Hg under SO-rich condition. This work fully proposed the SO influence mechanisms and improvement countermeasures for practical gaseous Hg(II) sampling.