焼却煙道ガスにおける鉛とカドミウムのSi/ALベースの吸着剤の吸着特性に関する実験的および理論的研究

SI/ALベースの吸着剤は、炉の高温での焼却煙道ガスで重金属を捕獲するための効果的な吸着剤です。この研究では、鉛とカドミウム蒸気のSi/ALベースの吸着剤の吸着特性と吸着メカニズムを、実験および密度の官能理論（DFT）計算の組み合わせを使用して研究しました。PBおよびCD蒸気の一連のSi/ALベースの吸着剤のトラップ性能を調査しました。結果は、カオリナイトとモンモリロナイトがSiO2およびAl2O3よりも重金属吸着能力が優れており、CDよりもPBの方が有意に強かったことを示しました。化学吸着は、高温でのSI/ALベースの吸着剤によるPB/CDの捕獲を支配しました。DFT計算の結果は、化学吸着メカニズムがメタカオリナイト（001）表面へのPBおよびCD種の吸着を支配し、メタカオリナイト表面へのPB種の吸着エネルギーがCD種の吸着エネルギーを支配していることを示しました。露出したO原子およびメタカオリナイト（001）表面の不飽和AL原子は、重金属とその塩化物の効果的な吸着活性部位でした。吸着反応では、PB/CD原子と表面曝露O部位の結合、およびCLと不飽和AL原子の間の強い相互作用は、メタカオリナイトによるPBおよびCD塩化物の捕獲の原因でした。

Si/Al-based adsorbents are effective adsorbents for capturing heavy metals in incineration flue gases at high temperatures in the furnace. In this work, the adsorption characteristics and adsorption mechanisms of Si/Al-based adsorbents for lead and cadmium vapors were studied using a combination of experimental and density functional theory (DFT) calculations. The trapping performance of a series of Si/Al-based adsorbents for Pb and Cd vapors was investigated using a self-designed gas-solid two-phase rapid adsorption experimental system. The results showed that kaolinite and montmorillonite exhibited better heavy metal adsorption capacity than SiO2 and Al2O3, and were significantly stronger for Pb than for Cd. Chemisorption dominated the capture of Pb/Cd by Si/Al-based adsorbents at high temperatures. The results of DFT calculations indicated that the chemisorption mechanisms dominated the adsorption of Pb and Cd species on the metakaolinite (001) surface, and the adsorption energy of Pb species on the metakaolinite surface was greater than that of Cd species. The exposed O atoms and unsaturated Al atoms of metakaolinite (001) surface were effective adsorption active sites for heavy metals and their chlorides. In the adsorption reaction, the binding of Pb/Cd atoms and surface exposed O sites, as well as the strong interaction between Cl and unsaturated Al atoms, were responsible for the capture of Pb and Cd chlorides by metakaolinite.