CN103553062A - 一种改性凹凸棒土材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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许琦
施冬雷
陈若愚
唐喆
裔兆军
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Abstract

本发明公开了一种改性凹凸棒土材料及其制备方法和应用，该改性凹凸棒土材料为利用溴化盐浸渍改性的凹凸棒土。该改性凹凸棒土材料的制备方法包括：凹凸棒土预处理；凹凸棒土改性；把凹凸棒土放入装有溴化盐溶液的容器中搅拌30min，然后浸渍24h；过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干即可。凹凸棒土（ATP）又称坡缕土，是一种层链状富镁硅酸盐粘土矿物，呈针状或纤维状，具有较大的比表面积、强吸附与脱色性能。这种催化剂制取方法简单、成本低廉且环境友好，具有较大的应用价值和市场前景。

Description

一种改性凹凸棒土材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，该材料可用于烟气脱汞，具体涉及一种改性凹凸棒土材料及其制备方法和应用，利用溴化盐浸渍凹凸棒土制备烟气脱汞催化剂的方法。 
背景技术
汞由自然界和人类活动释放到环境中，其中以人为排放为主，约占3/4。汞污染的人类活动主要有电厂及工业锅炉的煤燃烧、固体废物焚烧、工业生产排放等，其中以煤的燃烧为主。世界每年煤的燃烧量为50亿吨左右，并逐年增长。我国是世界产煤大国，煤炭产量占世界的37%，同时也是燃煤大国，能源消耗主要以煤为主，我国2010年能源结构中煤消耗比例高达70.4%。世界范围内煤中汞的含量为0.012～0.33μg/g，平均值为0.13μg/g，而中国大部分煤中的汞含量为0.1～0.3μg/g，平均值为0.22μg/g，高于世界煤中的平均含量。目前全球每年由于人为活动向大气排放汞含量约为2000吨，其中中国占了25～30%。随着经济的快速发展，用于电力行业的燃煤量逐年增长，造成了向大气中汞排放量的增长，所以煤燃烧过程中汞释放量的控制对于我国汞污染的防治非常重要。
  燃煤烟气中的汞排入大气以后随着大气的运动造成大范围的汞污染。大气中的汞直接或者间接的通过气象沉积进入水体，进入水体的汞可以形成甲基汞，甲基汞易积累在鱼类或者以食鱼为主的食物链中，严重地危害了生态系统和公共卫生。在人体内，汞作为一种神经毒素，干扰了大脑和神经系统，对孕妇和儿童的危害最大。对成人而言，汞中毒可影响生育、血压调节，记忆变弱、甚至导致失明。因此，控制汞及汞化合物释放到大气中成为一个强制性的问题，受到政府和全球环境保护组织密切关注。
燃煤烟气中的汞主要以三种形态存在：元素汞（Hg0）、氧化态汞（Hg2+）和颗粒态汞（HgP）。后面两种形态的汞可以被现有的污染物控制设备吸收，例如烟气脱硫装置、惯性除尘器、静电除尘装置或布袋除尘器。但是由于Hg0的高挥发性及在水中的难溶性，现有的烟气净化设备很难将其去除，是目前烟气汞污染控制的关键。因此，有效有效脱除烟气中的汞，特别是零价汞，对于大气污染治理具有重要的意义。目前，控制煤燃烧过程产生的烟气中汞污染排放的技术很多，其中以吸附剂吸附烟气中的汞，是研究最多的方法。吸附法的机理主要是依靠吸附剂表面的多孔结以吸附污染物。目前，研究的脱汞吸附剂主要有活性炭、飞灰、钙基吸附剂、沸石材料等。研究最多的是活性炭类吸附剂，活性炭类吸附剂脱汞效率高，但是价格昂贵；飞灰、钙基吸附剂价格低，但是对单质汞的脱除效率不是很高。寻找廉价，高效的新型烟气脱汞吸附剂成为当前工作的关键之一。最近催化剂脱汞被许多研究者研究，其中包括SCR催化剂、金属及金属氧化物等，但对凹凸棒土制备眼其脱汞催化剂的开发和利用不是很多。
专利号为201210179807.7的中国专利公开了一种烟气脱汞催化剂及其制备方法，该催化剂为锰铁和铁盐负载改性的粉煤灰，其中锰元素和铁元素的总负载量为2-25wt%。实验结果显示，本发明催化剂是一种高效、经济的脱汞吸附剂，其原料易购买，催化剂在较长时间内能稳定维持高活性，催化剂表面形成的HgO在300。C以下能稳定吸附在催化剂表面，有利于催化的再生处理和汞的回收利用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种新型的燃煤烟气脱汞催化剂，改性凹凸棒土材料，该材料具有高效的脱汞性能，且价格便宜及抗中毒能力强。本发明的另一个目的是提供这种烟气脱汞吸附剂的制备方法。
  本发明的技术方案：
一种改性凹凸棒土材料，凹凸棒土材料为利用溴化盐浸渍改性的凹凸棒土。
一种改性凹凸棒土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配置一定浓度的分散剂水溶液，恒温搅拌下加入凹凸棒土，固液比为1:20；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡10～60min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置30～60min后，将悬浮液上下分离，上部分采用真空冷冻干燥；
  （2）配置一定浓度酸溶液，恒温搅拌下加入经步骤一预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存；
  （3）将步骤二处理好的凹凸棒土放入装有溴化盐溶液的容器中搅拌30～60min，然后浸渍24h；
  （4）过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料；
所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，步骤一中的分散剂水溶液为六偏磷酸钠水溶液；
所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，步骤二中的的酸为盐酸、硝酸、硫酸；
所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，步骤三中的溴化盐为溴化钾、溴化锌、溴化铁、溴化铜、溴化锰、溴化铈；
所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，步骤三中溴化盐与凹凸棒土的质量比为1：100～1：5；
一种改性凹凸棒土材料的应用，用于燃煤烟气脱汞的催化。
  凹凸棒土（ATP）又称坡缕土，是一种层链状富镁硅酸盐粘土矿物，呈针状或纤维状，具有较大的比表面积、强吸附与脱色性能。本发明的改性凹凸棒土材料是以凹凸棒土为原料，通过预处理和酸改性制得。  本发明的机理为凹凸棒土预处理和改性过程中去除了凹凸棒土中的杂质及增加了凹凸棒土的孔径、比表面积；通过溴化盐溶液浸渍后，能改善凹凸棒土的表面化学性质，增加活性位点，能够显著增强凹凸棒土的化学吸附汞的能力。
  本发明有以下技术效果：
(1)本发明将凹凸棒土用于制取烟气脱汞催化剂是凹凸棒土的一种全新的应用；
  （2）采用溴化盐浸渍凹凸棒土制备改性凹凸棒土材料。
 
  （3）该改性凹凸棒土材料对汞的脱除具有较高的效率；
  （4）该改性凹凸棒土材料具有一定的抗毒化能力，对恶劣运行工况具有较强的适应性；
  （5）该改性凹凸棒土材料制取方法简单、成本低廉且环境友好，具有较大的应用价值和市场前景。
 
附图说明
  图1是本发明制备溴化盐浸渍改性凹凸棒土脱汞催化剂的工艺流程示意图。
具体实施方式
  下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的解释。
  实施例1
  配置质量分数为0.15%六偏磷酸钠溶液400g，40℃下搅拌加入20g凹凸棒土；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡30min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置60min后，将悬浮液上下部分分离，上部分采用真空冷冻干燥。
  配置3mol/L的盐酸溶液，60℃下搅拌下加入15g预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存。
  把5g改性凹凸棒土放入装有质量分数为0.25%溴化钾溶液20g的容器中搅拌30min，然后浸渍24h。过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料。
  实施例2
  配置质量分数为0.15%六偏磷酸钠溶液400g，40℃下搅拌加入20g凹凸棒土；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡30min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置60min后，将悬浮液上下部分分离，上部分采用真空冷冻干燥。
  配置4mol/L的硝酸溶液，60℃下搅拌下加入15g预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存。
  把5g改性凹凸棒土放入装有质量分数为1.25%溴化铜溶液20g的容器中搅拌30min，然后浸渍24h。过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料。
  实施例3
  配置质量分数为0.15%六偏磷酸钠溶液400g，40℃下搅拌加入20g凹凸棒土；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡30min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置60min后，将悬浮液上下部分分离，上部分采用真空冷冻干燥。
  配置3mol/L的硫酸溶液，60℃下搅拌下加入15g预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存。
  把5g改性凹凸棒土放入装有质量分数为3.75%溴化锌溶液20g的容器中搅拌30min，然后浸渍24h。过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料。
  实施例4
  配置质量分数为0.15%六偏磷酸钠溶液400g，40℃下搅拌加入20g凹凸棒土；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡30min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置60min后，将悬浮液上下部分分离，上部分采用真空冷冻干燥。
  配置3mol/L的盐酸溶液，60℃下搅拌下加入15g预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存。
把5g改性凹凸棒土放入装有质量分数为5.00%溴化铈溶液20g的容器中搅拌30min，然后浸渍24h。过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料。 

Claims (7)

1.一种改性凹凸棒土材料，其特征在于凹凸棒土材料为利用溴化盐浸渍改性的凹凸棒土。
2.一种如权利要求1所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配置一定浓度的分散剂水溶液，恒温搅拌下加入凹凸棒土，固液比为1:20；充分搅拌后，将此悬浮液置超声波震荡10～60min，置悬浮液中的凹凸颗粒充分水化分散；静置30～60min后，将悬浮液上下分离，上部分采用真空冷冻干燥；
  （2）配置一定浓度酸溶液，恒温搅拌下加入经步骤一预处理的凹凸棒土；充分搅拌后，将此溶液洗至中性，然后抽滤、烘干，研磨至60目，置于干燥密闭的容器中保存；
  （3）将步骤二处理好的凹凸棒土放入装有溴化盐溶液的容器中搅拌30～60min，然后浸渍24h；
  （4）过滤去除凹凸棒土水分，60℃下烘干，即制得改性凹凸棒土材料。
3.根据权利要求2所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，其特征在于步骤一中的分散剂水溶液为六偏磷酸钠水溶液。
4.根据权利要求2所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，其特征在于步骤二中的的酸为盐酸、硝酸、硫酸。
5.根据权利要求2所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，其特征在于步骤三中的溴化盐为溴化钾、溴化锌、溴化铁、溴化铜、溴化锰、溴化铈。
6.根据权利要求2所述的改性凹凸棒土材料的制备方法，其特征在于步骤三中溴化盐与凹凸棒土的质量比为1：100～1：5。
7.权利要求1所述的改性凹凸棒土材料的应用，用于燃煤烟气脱汞的催化。
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