CN101884906A - 具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭及其制备方法。该活性炭的组分和质量百分比为：蜂窝活性炭87～99％，氧化铜1～8％。其他金属氧化物0～5％；与现有技术相比，本发明采用等体积浸渍和金属负载相结合的技术制备活性炭，对NOx气体的吸附效率和吸附容量有明显提高。该吸附剂对SO₂、VOC_S等气体亦具有高效的吸附作用。

Description

具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝活性炭及其制备方法，特别是一种具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭及其制备方法。

背景技术

在各种大气污染物中，NO_X的污染及其造成的危害不容忽视。NOx大多来自于燃料燃烧，即汽车尾气、工业窑炉排放物等。NOx的主要组成为NO，其在大气中缓慢氧化成棕红色具有刺激性臭味的NO₂。NOx是形成酸雨酸雾的主要污染物，与碳氢化合物可形成光化学烟雾，还参与臭氧层的破坏。氮氧化物对人体危害主要侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡，对肺组织产生强烈的刺激及腐蚀作用，引起肺水肿。高浓度的一氧化氮亦可使血液中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白，引起组织缺氧，出现高铁血红蛋白症和中枢神经损害症状。据有关资料统计，全世界每年向大气排放的氮氧化物为7500万t，因此如何有效地消除污染已成为目前环境保护领域中一个令人关注的课题。

NOx净化处理按工艺可分为干法和湿法。干法包括非催化还原法、催化还原法、热分解法、吸附法；湿法包括酸吸收、碱吸收、氧化吸收、络盐吸收、微生物法等。常采用的吸附剂有活性炭、分子筛和硅胶等。

活性炭是一种孔隙结构发达，比表面积大的多孔性材料。主要成分是碳元素，还含有O、H、N、S等元素和其它无机成分。由于它的多孔性结构，其吸附能力较强，可以应用到大气中低浓度NOx的吸附净化。

活性炭的比表面积、孔径分布等表面结构和表面化学性质对其吸附能力有很大影响。普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积低和吸附性能差等缺点。因此有必要对其进行改性，从而提高其吸附性能。目前，活性炭表面化学改性的主要方法包括：氧化改性、还原改性、负载金属改性及负载表面活性剂改性等。

活性炭改性制备NOx吸附剂的研究中，中国专利CN1229693A公开了一种以活性炭为载体，以碘酸盐为活性组分，碱金属族氢氧化物为添加剂，用于常温、常压下净化SO₂和NO₂吸附剂，但专利没有提及对NO的去除，且没有对该吸附剂的饱和吸附容量和穿透时间进行考察。中国专利CN1830542A公开了一种用于对多种有害气体脱除，利用活性组分为Cu、K、Na、OH^-等浸渍活性炭。其制备方法是按照活性炭吸水量的70～95％的溶液体积均匀地浸渍到活性炭上，在130～180℃的温度下，用可控制氧气量的空气流进行干燥、活化。该发明制备的活性炭对H₂S和VOCs的吸附性能最好，对多种有害气体综合吸附性能较好，但其处理气体空速较低且没有考察对NO的转化吸附作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭。所得活性炭具有NOx转化吸附率高、成本低等特点。

本发明的目的之二在于提供该活性炭的制备方法，

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭，其特征在于其特征在于采用金属盐与尿素形成配合物，并等体积浸渍负载的制备方法，该活性炭的组分和质量百分比为：

蜂窝活性炭        87～99％，

氧化铜            1～8％。

其他金属氧化物    0～5％；

所述的蜂窝活性炭的孔隙率为50～200孔/平方英寸；

所述的其他金属氧化物为：氧化铈、氧化锰、氧化钴或氧化锆。

上述的蜂窝活性炭的材质为果壳炭、煤质炭或木质炭。

上述的果壳炭为：椰壳、杏核、核桃壳或橄榄壳。

一种制备上述的具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将所需的金属硝酸盐配制成质量浓度为5～20％的水溶液，以金属离子与尿素的摩尔比为1∶2～4的比例，加入CO(NH₂)₂，充分搅拌均匀；

b.将干燥后的蜂窝活性炭置于步骤a所得该溶液中等体积浸渍1h；将活性炭取出于80～120℃烘箱中干燥1-2h；

c.将步骤b所得干燥后的活性碳在真空或惰性气氛下，于200～300℃煅烧2h，制得具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭。

与现有技术相比，本发明采用等体积浸渍和金属负载相结合的技术制备活性炭，对NOx气体的吸附效率和吸附容量有明显提高。该吸附剂对SO₂、VOC_S等气体亦具有高效的吸附作用。

具体实施方式

活性炭吸附性能评价在活性碳材料吸附性能评价在Φ16mm、长300mm直型玻璃管反应器中进行，反应气体积空速(GHSV)为25000h^-1，吸附剂用量10ml，反应在常温常压环境下进行。原料气NOx浓度35ppm，NO与NO₂比例约为9∶1，其余为空气。

本发明以未改性活性炭为对比吸附剂，原料气NOx浓度为35ppm，NO与NO₂比例约为9∶1，其余为空气。

本发明所述活性炭制备通过以下方法具体实施：

实施例1：将200孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制5％的硝酸铜溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶2的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于300℃煅烧2h，制得改性活性碳。

实施例2：将200孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制20％的硝酸铜溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶4的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于250℃煅烧2h，制得改性活性碳。

实施例3：将200孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制10％的硝酸铜和10％硝酸铈的混合溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶2的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于250℃煅烧2h，制得改性活性碳。

实施例4：将50孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制10％的硝酸铜和10％硝酸铈的混合溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶2的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于250℃煅烧2h，制得改性活性碳。

实施例5：将100孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制10％的硝酸铜和10％硝酸钴的混合溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶2的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于300℃煅烧2h，制得改性活性碳。

实施例6：将100孔/平方英寸活性碳裁制成Φ16mm、高50mm的圆柱体，在120℃烘箱中干燥1h。配制10％的硝酸铜和10％硝酸钴的混合溶液2.5ml。以Mⁿ⁺∶CO(NH₂)₂＝1∶2的比例称取尿素，将尿素充分溶解在硝酸铜溶液中。

将溶液滴加在活性炭上浸渍1h后，在100℃烘箱中干燥1h。

将干燥后的活性碳在真空、氮气保护下，于200℃煅烧2h，制得改性活性碳。

表1实施例与比较例对NO净化效果对比表

Claims (3)

1.一种具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭，其特征在于采用金属盐与尿素形成配合物，并等体积浸渍负载的制备方法，该活性炭的组分和质量百分比为：

蜂窝活性炭        87～99％，

氧化铜            1～8％，

其他金属氧化物    0～5％；

所述的蜂窝活性炭的孔隙率为50～200孔/平方英寸；

所述的其他金属氧化物为：氧化铈、氧化锰、氧化钴或氧化锆。

2.根据权利要求1所述的具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭，其特征在于所述的蜂窝活性炭的材质为果壳炭、煤质炭或木质炭。

3.一种制备根据权利要求1所述的具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将所需的金属硝酸盐配制成质量浓度为5～20％的水溶液，以金属离子与尿素的摩尔比为1∶2～4的比例，加入CO(NH₂)₂，充分搅拌均匀；

b.将干燥后的蜂窝活性炭置于步骤a所得该溶液中等体积浸渍1h；将活性炭取出于80～120℃烘箱中干燥1～2小时；

c.将步骤b所得干燥后的活性碳在真空或惰性气氛下，于200～300℃煅烧2h，制得具有吸附氮氧化物功能的改性蜂窝活性炭。