CN103084145B - 一种用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭吸附剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭吸附剂，先配制硝酸铁-氯酸混合溶液，然后用该混合溶液浸渍改性活性炭，最后将滤去清液后烘干，即制得本发明的改性活性炭吸附剂。本发明是针对燃煤电厂锅炉烟气喷射脱汞技术的一种专用高效脱汞吸附剂，制取方法简单、成本较低，与原始活性炭相比具有汞吸附能力强、吸附量大等优点，能够有效吸附烟气中的汞。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱汞领域，具体涉及一种用于烟气脱汞的活性炭吸附剂。
背景技术
重金属汞是一种对生态环境和人体健康危害极大且毒性很强的污染物，主要来源于自然排放、人为排放和二次释放三方面。由于大气、土壤和水体彼此之间较为紧密且持续的相互作用，汞一旦引入环境中便很难消除，进入大气的汞会在全球范围内循环迁移，并具有长期累积效应。
燃煤电站是目前最大的汞排放单源。据我国环保部颁布的火电厂大气污染物排放最新标准(GB13223-2011)：自2015年1月1日起，我国燃煤电厂将执行0.03mg/m3的汞及其化合物排放限值。煤燃烧产生的烟气中气态汞占燃煤产物中总汞的66%，固体汞则为34%；其中气态汞总量的60%为二价汞，剩余40%为单质汞。不同形态汞的物理、化学性质差异较大：Hg2+(g)易溶于水，且易吸附于烟气中的颗粒物，从而被静电除尘设备或湿法脱硫除尘设备捕获；颗粒态汞Hgp(g)也易被除尘器分离；而气态单质汞Hg0(g)不溶于水，难以被除尘或脱硫设备捕获，几乎全部释放到大气中。因此，将Hg0(g)转化为易脱除的氧化汞Hg2+(g)和颗粒汞Hg(p)是燃煤烟气脱除Hg0(g)的前提。
以活性炭为代表的固相吸附法是燃煤电站汞脱除的一个重要方法，常用吸附剂的种类主要包括活性炭、钙基吸附剂、飞灰、矿物类吸附剂等。其中喷射活性炭脱汞技术是目前最有效的烟气脱汞技术，但是未经改性处理的原始活性炭汞吸附效率低，吸附能力有限，导致喷射活性炭脱汞技术运行成本高，限制了这一技术在燃煤电站的推广。对此，通常的做法是对原始活性炭进行特殊的物理或化学处理，改善活性炭的孔隙结构及表面化学官能团，以提高其脱汞的物理化学活性，提高活性炭脱汞的经济性。这也是目前国内外学者研究的热点。
发明内容
技术问题：针对现有活性炭脱汞吸附剂存在的不足，本发明提供了一种使原始活性炭经过简单的浸渍改性处理后具有高效脱除燃煤电站锅炉、垃圾焚烧炉、水泥窑炉等烟气中汞的能力的用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭吸附剂。
技术方案：本发明的用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭吸附剂由以下方法制备得到：
1）配制体积浓度为1%~15%的氯酸溶液，然后按氯酸溶液中水的质量的1%~10%称量硝酸铁，将称量好的硝酸铁投入到氯酸溶液中，最后用磁力搅拌器充分搅拌均匀至溶液变得澄清，得到硝酸铁-氯酸混合溶液；
2）按照活性炭与硝酸铁-氯酸混合溶液的质量体积比<0.01g/ml，将粒度在50目以下的活性炭浸入硝酸铁-氯酸混合溶液中，并使用磁力搅拌器连续搅拌12～15h；
3）过滤步骤2）处理后的硝酸铁-氯酸混合溶液，将滤去清液后所得固体物质在45~50℃下烘烤8~10h，即制得用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭脱汞吸附剂。
本发明中，活性炭可以为煤制、竹制或椰壳制活性炭中的任意一种或几种的混合。
本发明的机理在于通过硝酸铁和氯酸混合溶液的浸渍处理，改善原始活性炭的物理化学性质，提高其吸附转化烟气中汞的物理化学能力。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：
本发明利用一定比例的硝酸铁（Fe(NO3)3）和氯酸（HClO3）混合溶液对原始活性炭进行浸渍改性处理，改善活性炭的表观结构和孔隙结构，增加其表面有益于汞吸附的化学官能团的种类和数量，使活性炭对烟气中汞的吸附能力显著提高，可应用于脱除大气、燃煤烟气或垃圾焚烧烟气中的汞。
本发明的铁氯改性活性炭吸附剂制备方法简单、成本较低、脱汞性能优良。利用此铁氯改性活性炭脱除燃煤烟气中的汞能够减少活性炭消耗量，从而降低活性炭喷射脱汞技术的运行成本。铁氯改性活性炭脱汞吸附剂应用于减排燃煤汞污染物时，在达到环境保护目标的同时兼具经济优势，可促进活性炭喷射脱汞技术的推广。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释。
实施例1：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取30ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得15%v/v HClO3溶液；再称取2g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的15%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液；称取10g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得1%w/w Fe(NO3)3-15%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例2：
选用实施例1中制备的1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在固定床吸附性能测试装置上验证Fe(NO3)3-HClO3混合溶液改性剂的效果。固定床测试装置由模拟烟气发生系统，固定床反应器，测汞仪等组成，N2气氛，气体总流量为2L/min。汞蒸气由置于U形高硼硅玻璃管内的汞渗透管（VICI Metronics公司，美国）产生，并利用高纯氮气作为载气带出，载气流量为150ml/min。烟气中汞浓度使用VM-3000在线测汞仪（Mercury Instrument公司，德国）测定。测试时固定床入口汞蒸气浓度为35.9μg/m3，原始活性炭与铁氯改性活性炭使用量均为50mg。测试结果如下：使用原始活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的初始穿透率为45.68%，120min内，单位质量的原始活性炭累积汞吸附量为40.48μg/g；使用1%w/wFe(NO3)3-15%v/vHClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的初始穿透率仅为0.85%，并且在长达120min的时间内维持在7.5%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为162.49μg/g，为原始活性炭的4.01倍。
实施例3：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取2ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得1%v/v HClO3溶液；再称取2g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的1%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出1%w/wFe(NO3)3-1%v/v HClO3溶液；称取10g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的1%w/wFe(NO3)3-1%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得1%w/wFe(NO3)3-1%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例4：
选用实施例3中制备的1%w/wFe(NO3)3-1%v/v HClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在上述固定床吸附性能测试装置上验证其吸附效果。测试结果如下：使用1%w/wFe(NO3)3-1%v/v HClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的穿透率在长达120min的时间内维持在50%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为89.86μg/g，为原始活性炭的2.22倍。
实施例5：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取10ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得5%v/v HClO3溶液；再称取20g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的5%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出10%w/wFe(NO3)3-5%v/v HClO3溶液；称取10g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的10%w/wFe(NO3)3-5%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得10%w/w Fe(NO3)3-5%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例6：
选用实施例5中制备的10%w/wFe(NO3)3-5%v/v HClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在上述固定床吸附性能测试装置上验证其吸附效果。测试结果如下：使用10%w/wFe(NO3)3-5%v/v HClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的穿透率在长达120min的时间内维持在50%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为111.87μg/g，为原始活性炭的2.76倍。
实施例7：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取20ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得10%v/v HClO3溶液；再称取10g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的10%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出5%w/wFe(NO3)3-10%v/v HClO3溶液；称取10g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的5%w/wFe(NO3)3-10%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得5%w/w Fe(NO3)3-10%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例8：
选用实施例7中制备的5%w/wFe(NO3)3-10%v/v HClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在上述固定床吸附性能测试装置上验证其吸附效果。测试结果如下：使用5%w/wFe(NO3)3-10%v/v HClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的穿透率在长达120min的时间内维持在20%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为153.85μg/g，为原始活性炭的3.80倍。
实施例9：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取30ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得15%v/v HClO3溶液；再称取2g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的15%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液；称取5g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例10：
选用实施例9中制备的1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在上述固定床吸附性能测试装置上验证其吸附效果。测试结果如下：使用1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的穿透率在长达120min的时间内维持在7.5%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为166.87μg/g，为原始活性炭的4.12倍。
实施例11：
破碎干燥的煤质活性炭，过筛，选取粒径约50目的粉末备用；用量筒量取200ml去离子水置于烧杯中待用；用标准移液枪（1000ul-5000ul）分两次量取30ml浓HClO3（70%-72%v/v）溶液，缓慢加入上述烧杯中，搅拌均匀，制得15%v/v HClO3溶液；再称取2g Fe(NO3)3固体样品溶于制得的1%v/v HClO3溶液中，利用磁力搅拌器充分搅拌均匀，配制出1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液；称取8g200目过筛活性炭粉末，放入配制好的1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3溶液中，并利用磁力搅拌器搅拌12h；滤去清液，将滤出的固体物质放入45℃烘箱中烘干，研磨至粉末状，即制得1%w/wFe(NO3)3-15%v/v HClO3改性煤质活性炭脱汞吸附剂。
实施例12：
选用实施例11中制备的1%w/wFe(NO3)3-15%v/vHClO3改性活性炭脱汞吸附剂，在上述固定床吸附性能测试装置上验证其吸附效果。测试结果如下：使用1%w/wFe(NO3)3-15%v/vHClO3改性活性炭作为脱汞吸附剂时汞蒸气的穿透率在长达120min的时间内维持在7.5%以下，120min内，单位质量的铁氯改性活性炭累积汞吸附量为170.23μg/g，为原始活性炭的4.21倍。
Claims (2)
1.一种用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭吸附剂，其特征在于，该吸附剂由以下方法制备得到：
1）配制体积浓度为1%~15%的氯酸溶液，然后按所述氯酸溶液中水的质量的1%~10%称量硝酸铁，将称量好的硝酸铁投入到氯酸溶液中，最后用磁力搅拌器充分搅拌均匀至溶液变得澄清，得到硝酸铁-氯酸混合溶液；
2）按照活性炭与硝酸铁-氯酸混合溶液的质量体积比<0.01g/ml，将粒度在50目以下的活性炭浸入所述硝酸铁-氯酸混合溶液中，并使用磁力搅拌器连续搅拌12～15h；
3）过滤所述步骤2）处理后的硝酸铁-氯酸混合溶液，将滤去清液后所得固体物质在45~50℃下烘烤8~10h，即制得用于烟气脱汞的铁氯改性活性炭脱汞吸附剂。
2.根据权利要求1所述的铁氯改性活性炭脱汞吸附剂，其特征在于，所述的活性炭为煤制、竹制或椰壳制活性炭中的任意一种或几种混合。
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