CN104619410B - 碳纳米复合吸附剂及其用于从气流中分离一种或多种材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纳米复合吸附剂。本发明提供碳纳米复合吸附剂、其制造方法和从包括污染物的气体中分离该污染物的方法。各种实施方案提供了降低含汞气体的汞含量的方法。

Description

碳纳米复合吸附剂及其用于从气流中分离一种或多种材料的方法

优先权声明

本专利申请要求2012年4月23日提交的美国专利申请序号13/453,274的优先权，其全文并入本文作为参考。

政府资助声明

本发明在U.S.DepartmentofEnergy(DOE)依据名为“EERC-DOEJointProgramonResearchandDevelopmentforFossilEnergy-RelatedResources”的DOECooperativeAgreementNumberDE-FC26-08NT43291；名为“FateandControlofMercuryandTraceElements”的Subtask4.8；EERCFundNumber14990给予的政府资助下完成。美国政府在本发明中拥有某些权利。

发明背景

汞(Hg)排放由于它们的毒性和生物积累能力而成为健康和环境问题。美国环境保护署（EPA）已经颁发了用于控制来自垃圾能源化(waste-to-energy)、水泥生产和燃煤发电厂的Hg排放的规章。可以通过注入吸附剂，如活性炭捕获来自工业来源（例如发电厂）的烟气中的汞，然后可通过微粒收集装置除去。市场所需的标准吸附剂（例如活性炭）的量很大。标准吸附剂并非总是有效并随着注射速率提高而变得更昂贵。

纳米复合材料是一种多相固体材料，其中一个相具有至少一个小于大约1000纳米的尺寸或其中小于大约1000纳米的重复距离将构成该材料的相隔开。纳米复合材料——其中一个或多个相是本体基质且一种或多种其它材料是纳米尺寸的相——具有独特的性质，该纳米复合材料的机械、电、热、光学、化学或催化性质明显不同于各组成材料。

碳纳米复合材料的最初实例是通过将单体插入粘土中的层间间隙、使单体聚合并将该聚合物碳化制成。碳层的最小厚度为1.1纳米（Kyotani-1988）。在接下来的二十年，各种单体与几种粘土和其它多孔载体材料一起使用。在一些情况下，除去该复合材料的无机部分以研究类石墨的碳结构。在2004年，Bakandritsas等人使用蔗糖作为碳源生产碳-粘土纳米复合材料（Bakandritsas-2004）。对于粘土和石墨烯层，各层的厚度分别为大约1纳米和0.4纳米。稍后，这一团队描述了这些用于吸附水溶液中的气体（CO₂、CH₄、N₂）和有机溶质的用途（Bakandritsas-2005）。由于它们容易成型、具有高表面积并导电，使用源自蔗糖的碳-粘土纳米复合材料制造电极和传感器（Darder-2005,Gomez-Aviles-2007,Fernandez-Saavedra-2008,Gomez-Aviles-2010）。源自蔗糖的多孔碳-粘土纳米复合材料也已用于催化剂载体（Nguyen-Thanh-2006a.Nguyen-Thanh-2006b,Ikeue-2008）。

在文献中已经描述了复合材料用于吸附金属离子，如Hg²⁺的几个用途。这些包括下列材料：壳聚糖涂覆的陶瓷（Boddu-2002）、在粘土上的聚吡咯膜（Eisazadeh-2007）、在硅藻上的巯基官能化聚硅氧烷膜（Wang-2007）、在灰分上的聚苯胺膜（Ghorbani-2011）和聚苯胺与腐殖酸的复合材料（Zhang）。这些无一是碳纳米复合材料；相反，它们通常是沉积在载体上的聚合物膜并受限于稳定性以及再循环和加工困难。

已用由非碳材料制成的几种类型的纳米复合材料从气流中分离元素或氧化汞。SiO₂-TiO₂纳米复合材料在紫外辐射下用于Hg捕获（Li-2008）。这种技术受困于必须有效照射含有细粒的燃烧流出物的困难。描述了磁铁矿-和Ag-浸渍的沸石纳米复合材料（Dong-2009）。Ag纳米复合材料被质疑本身代表重大的环境风险以及是高成分吸附剂。报道了用CeO₂-WO₃/TiO₂纳米复合材料捕获烟气中的Hg（Wan-2011）。这些非碳吸附剂具有不合期望的更高成本和更慢动力学。

发明概述

在各种实施方案中，本发明提供从包括一种材料的气体中分离所述材料的方法。在一些实施方案中，该材料可以是污染物或所述气体的不想要的成分。该方法包括提供或获得碳纳米复合吸附剂。该方法还包括使至少一部分所述材料与所述吸附剂接触以形成材料-吸附剂组合物(composition)。该方法还包括从含所述材料的气体中分离至少一部分所述材料-吸附剂组合物。该分离产生分离的或部分分离的气体。

在各种实施方案中，本发明提供降低含污染物的气体的污染物含量的方法。该方法包括提供或获得碳纳米复合吸附剂。该方法包括提供或获得卤素或卤化物促进剂(promoter)。该方法包括促进至少一部分吸附剂材料。吸附剂材料的促进包括使吸附剂材料的所述部分与所述卤素或卤化物促进剂化学反应。吸附剂材料的促进产生促进的吸附剂。该方法包括使至少一部分促进的吸附剂与污染物接触。在一些实施方案中，该方法还可包括使所述污染物与未促进的吸附剂接触。促进的吸附剂与污染物的接触形成污染物-吸附剂组合物。该方法还包括分离至少一部分所述污染物-吸附剂组合物。该分离产生具有比原材料（例如未净化的）含污染物的气体低的污染物含量的净化气体。在各种实施方案中，该污染物可以是汞。

在各种实施方案中，本发明提供形成碳纳米复合材料的方法。该方法包括获得或提供碳前体材料。该方法包括提供或获得基底材料。该方法包括使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料。该方法还包括加热所述纳米复合原材料以提供碳纳米复合吸附剂。在各种实施方案中，本发明提供由该方法生成的碳纳米复合材料。在一些实例中，本发明提供与所述纳米复合材料在所述方法的运行过程中遇到的各种材料结合的纳米复合材料，如与汞、与氧化汞或与含汞气体结合的纳米复合材料。在一些实施方案中，该方法可包括添加卤素或卤化物促进剂并使所述促进剂与所述吸附剂反应以形成促进的碳纳米复合吸附剂。

令人惊讶地，尽管活性炭常规用于捕获烟气流中的污染物，但碳纳米复合材料以前尚未用于气相汞捕获。传统意见在于，碳纳米复合材料中的过量无机载体，如粘土阻碍污染物吸附在碳上。但是，令人惊讶地，根据本发明的一些实施方案，该非碳部分可增强污染物吸附在邻近的碳石墨烯层上。该纳米复合材料的碳部分的基面在碳纳米复合结构内确实严重受阻。但是，在该结构中非常充分暴露出碳边缘结构，而这些是有效用于污染物捕获（例如汞、硒、砷等）的碳部分。如本文所述，可通过与卤素、卤化氢或卤化铵的反应促进石墨烯边缘结构以产生对污染物，如汞的氧化和捕获具有高度反应性的碳正离子边缘结构。

由于载体材料，如粘土本身是惰性的，某些载体材料促进污染物被碳层氧化也是出乎意料的。但是，根据本发明的一些实施方案，聚阴离子铝硅酸盐层（例如来自粘土）可以稳定邻近的石墨烯碳结构上的阳离子位点（这对污染物，如汞的氧化是必不可少的）的开发。对于由石墨烯层和极性无机结构构成的碳-硅藻（硅酸盐）纳米复合材料或其它纳米复合材料可发生相同的稳定效应。

在包括通过由相应卤化铵的降解或反应获得的卤化氢化合物促进纳米复合材料的实施方案中，无机部分的另一有利作用是为铵盐的分解或反应释放的氨提供结合位点。结合的氨形成具有碱性特征的络合物，其与烟气中的SO₂反应并防止它们干扰污染物，如汞捕获在边缘结构上。

在包括粘土作为载体的实施方案中无机载体的另一优点在于，该粘土稳定地分散在水性介质中。粘土通常难从水性介质中过滤或分离，但在与碳的纳米复合材料的形式下，该材料容易通过过滤从水性介质中分离。因此，该纳米复合材料可方便地用于捕获水环境中的汞。

本发明可以有利地比其它方法更有效地从包括一种材料的气体中分离所述材料（例如污染物）。本发明与用于从含汞气体中除汞的其它方法和材料相比提供某些优点。本发明的各种实施方案的方法和材料可以比其它除汞方法更有效地从气体中捕获和脱除汞。本发明的各种实施方案的方法和材料可以比其它除汞方法更有效地运行。例如，各种实施方案的方法和材料与其它方法相比可以以更小的财政支出量除去给定量的汞。例如，各种实施方案的方法和材料与其它除汞方法相比，包括与包含碳吸附剂的其它除汞方法相比可以在给定的碳质量下除去更大量的汞。因此，各种实施方案的方法和材料与其它除汞方法相比能够使用更少的吸附剂材料（例如总体上更少的碳）以及处置更少的用过的吸附剂材料。

在各种实施方案中，本发明提供降低含汞气体的汞含量的方法。该方法包括提供或获得碳纳米复合吸附剂。通过包括提供或获得碳前体和提供或获得基底材料的步骤制造所述碳纳米复合吸附剂。步骤还包括使碳前体和基底材料接触。该接触提供纳米复合原材料。步骤还包括加热所述纳米复合原材料。该加热提供所述碳纳米复合吸附剂。用于降低含汞气体的汞含量的方法还包括提供或获得卤素或卤化物促进剂。该方法包括促进至少一部分吸附剂材料。吸附剂材料的促进包括使吸附剂材料的所述部分与所述卤素或卤化物促进剂化学反应。吸附剂材料的促进产生促进的吸附剂。该方法包括使至少一部分促进的吸附剂与汞接触。促进的吸附剂与汞的接触形成汞-吸附剂组合物。该方法还包括从所述气体中分离至少一部分所述汞-吸附剂组合物。该分离产生具有比未净化气体低的汞含量的净化气体。

在各种实施方案中，本发明提供制造碳纳米复合吸附剂的方法。该方法包括提供或获得碳前体。该方法包括提供或获得基底材料。该方法包括使碳前体和基底材料接触。碳前体和基底材料的接触提供了纳米复合原材料。该方法还包括加热所述纳米复合原材料。所述纳米复合原材料的加热提供了所述碳纳米复合吸附剂。

附图简述

在不一定按比例绘制的附图中，几个视图中的类似数字描述基本类似的部件。具有不同字母后缀的类似数字代表基本类似的部件的不同情况。附图通常示例，例如但不作为限制，本文中论述的各种实施方案。

图1示意性示例根据各种实施方案制备促进的碳吸附剂的方法。

图2示例根据各种实施方案导致汞氧化和捕获的化学反应的提出的机械模型。

图3A和3B示意性示例根据各种实施方案制备促进的碳吸附剂和烟气（例如来自燃烧）和/或来自气化系统的产物气体中的烟气除汞方法。

图4示例根据各种实施方案的NanoG-CM测试的微粒试验燃烧器（particulatetestcombustor）（PTC）结果。

图5示例根据各种实施方案的NanoG-CM测试的PTC结果。

图6示例根据各种实施方案，在高硫烟气中用复合吸附剂捕获飞行中的汞的模型结果。

发明详述

现在详细提到所公开的主题的某些权利要求，在附图中示例其实例。尽管将联系枚举的权利要求描述所公开的主题，但要理解的是，它们无意将所公开的主题限于这些权利要求。相反，所公开的主题意在涵盖可包括在如权利要求规定的本公开的主题的范围内的所有替代物、修改和等同物。

在本说明书中提到“一个实施方案”、“一种实施方案”“一个实施例实施方案”等是指所述实施方案可包括特定要素、结构或特征，但不一定每一实施方案都包括该特定要素、结构或特征。此外，此类术语不一定是指同一实施方案。此外，当联系一个实施方案描述特定要素、结构或特征时，其意味着联系其它实施方案应用此类要素、结构或特征在本领域技术人员的知识范围内，无论是否明确描述。

以范围格式表示的值应以灵活方式解释以不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有单个数值或子范围，就像明确列举各数值和子范围那样。例如，“大约0.1%至大约5%”的浓度范围应被解释为不仅包括大约0.1重量%至大约5重量%的明确列举的浓度，还包括所述范围内的各浓度（例如1%、2%、3%和4%）和子范围（例如0.1%至0.5%，1.1%至2.2%，3.3%至4.4%）。

在本文中，除非上下文清楚地另有规定，术语“一种”、“一个”或“该”用于包括一种（个）或多于一种（个）。除非另有说明，术语“或”用于表示非排他的“或”。此外，要理解的是，本文所用的并且没有另行定义的用词或术语仅用于说明而非限制。章节标题的任何使用意在有助于阅读本文而非解释为限制；与章节标题相关的信息可能出现在该特定章节内或外。此外，本文中提到的所有出版物、专利和专利文献全文并入本文作为参考，就像逐一并入作为参考一样。在本文和并入本文作为参考的那些文献之间的用法不一致的情况下，并入的参考文献中的用法应被视为补充本文的用法；对于不可调和的矛盾，以本文中的用法为准。

在本文所述的制造方法中，步骤可以以任何次序进行而不背离本发明的原理，除非明确地列举时间或操作上的次序。

此外，指定的步骤可以同时进行，除非明确的权利要求用语提到它们单独进行。例如，要求保护的实施X的步骤和要求保护的实施Y的步骤可以在单个操作内同时进行，所产生的方法落在要求保护的方法的字面范围内。

定义

术语“大约”允许数值或范围的一定程度的可变性，例如在指定的数值或指定的范围界限的10%内、5%内或1%内。当给出一个范围或一连串数值的名单时，除非另有规定，也公开了该范围内的任何数值或给定的一连串数值之间的任何数值。

本文所用的术语“烃”是指包括碳和氢原子的官能团或分子。该术语还是指通常包括碳和氢原子但其中所有氢原子被其它官能团取代的官能团或分子。

本文所用的术语“孔隙”是指固体物中的任何尺寸或形状的凹陷、狭缝或空穴。孔隙可以贯穿物体或部分穿过物体。一个孔隙可与其它孔隙相交。

本文所用的术语“溶剂”是指可以溶解固体、液体或气体的液体。溶剂的非限制性实例是硅酮、有机化合物、水、醇、离子液体和超临界流体。

本文所用的术语“空气”是指具有与通常在地平面取自大气的气体的天然组成大致相同的组成的气体混合物。在一些实例中，空气取自周围环境。空气的组成包括大约78%氮气、21%氧气、1%氩气和0.04%二氧化碳，以及少量的其它气体。

本文所用的术语“室温”是指环境温度，其可以为例如大约15℃至大约28℃。

本文所用的“基本”是指大多数或大部分，例如至少大约50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%或至少大约99.999%或更大。

本文所用的“纳米复合材料”是指一种多相固体材料，其中一个相具有至少一个小于大约1000纳米的尺寸或其中小于大约1000纳米的重复距离将构成该材料的至少一些相隔开。在一些实施方案中，一个相具有至少一个大约1纳米-1000纳米的尺寸或大约1-1000纳米的的重复距离将构成该材料的至少一些相隔开；在另一些实施方案中，该范围的下限可以小于大约1纳米。

本文所用的“相”是指一个空间区域，其中材料的所有物理性质基本均匀，如物理状态、结构和化学。例如，液态和气态可以是两个不同的相。例如，分布在基底上的碳材料可以是两个不同的相。例如，分布在多孔基底上的碳材料可以是两个不同的相。

本文所用的“矿物”是指通过生物地球化学过程形成的天然存在的固体化学物质，其具有例如特有的化学组成、高度有序的原子结构和特定的物理性质。

描述

本发明的各种实施方案提供用于从气体中分离材料的方法和材料。在一些实施方案中，该材料可以是污染物或不想要的成分。在另一些实施方案中，该材料可以是任何合适的材料。该气体包括该材料；例如，该材料可以溶解或悬浮在该气体中。该材料包括碳纳米复合吸附剂。该方法包括提供或获得碳纳米复合吸附剂。该方法包括使气体中的至少一部分所述材料与所述吸附剂接触以形成材料-吸附剂组合物。该方法还包括从该气体中分离颗粒物。颗粒物包括至少一部分所述材料-吸附剂组合物。该分离产生分离的气体——其中所述材料的量低于原材料气体。在本文中给出实施方案的许多具体实例，其中被分离的材料是汞，其中用卤化物或卤素处理（例如促进）碳纳米复合吸附剂，或其中用其它材料处理碳纳米复合吸附剂。但是，本领域普通技术人员会由这些实例类推并且会认识到实施方案包括使用任何合适的碳纳米复合材料从气体中分离任何合适的材料（例如任何合适的污染物，例如砷、硒等）。

在各种实施方案中，从气体中分离的材料是污染物（例如不想要或不合意的成分）并且希望从气体中除去该材料以净化气体。污染物可包括汞。污染物可包括元素汞。污染物可包括氧化汞。在各种实施方案中，该方法可包括提供促进剂。可以使该促进剂与至少一部分吸附剂材料化学反应，以形成促进的吸附剂。与污染物接触的吸附剂可包括促进的吸附剂。在各种实施方案中，该促进剂可以是卤素或卤化物促进剂。

降低含汞气体的汞含量

在各种实施方案中，本发明提供用于降低含汞气体的汞含量的方法和材料。该方法包括提供或获得碳纳米复合吸附剂。该方法可包括提供或获得卤素或卤化物促进剂。该方法可包括通过使至少一部分吸附剂材料与所述卤素或卤化物促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂。该方法包括使至少一部分促进的吸附剂与汞接触以形成汞-吸附剂组合物。在各种实施方案中，与汞接触的吸附剂也可包括未促进的吸附剂。该方法还包括从含汞气体中分离至少一部分汞-吸附剂组合物。该分离产生具有比原材料气体低的汞含量的净化气体。该含汞气体中的汞可以是汞的任何合适的形式，例如元素汞。汞可以悬浮或溶解在该气体中。在一些实施方案中，促进剂可以是HBr或NH₄Br，在一些实例中，可通过溴化铵NH₄Br的降解或反应提供HBr。在一些实施方案中，促进剂（例如HBr）或促进剂前体（例如NH₄Br）可以与碳纳米复合吸附剂分开或与碳纳米复合吸附剂一起以一定注射速率注入烟气中（例如可以在注射前施加到吸附剂中）。

碳纳米复合吸附剂

本发明实施方案提供的方法使用碳纳米复合吸附剂从气体中除去材料，例如从含汞气体中除汞。纳米复合材料由两个或更多个相构成，以使这些相在纳米级尺寸（例如1000纳米或更小）下互相密切连接。当这些纳米复合材料高度多孔，尤其是微米多孔或纳米多孔时，两种纳米复合材料的密切连接可产生该高表面积以及相应高的催化活性。当催化活性的材料，如某些形式的碳分散在具有高表面积的本体（bulk）基底上时，情况尤其如此。碳纳米复合材料可包括涂布在无机载体上或插入无机载体中的石墨烯片的薄层。

在一些实施方案中，该碳纳米复合吸附剂可以含有大约50%或更少的碳，或大约3重量%至大约50重量%碳，或大约5重量%至大约10重量%碳。在一些实施方案中，该碳纳米复合吸附剂可以含有大约1重量%至大约99.5重量%的本体基底，或大约50重量%至大约97重量%的本体基底，或大约90重量%至大约95重量%的本体基底（例如硅藻土、蒙脱石粘土等）。

本发明的纳米复合材料可以是任何合适的碳纳米复合材料。在一些实例中，该纳米复合材料可以是分布在适当多孔或适当高表面积的基底上的适当形式的碳。该纳米复合材料可以制造或可以由商业途径获得。在一些实施方案中，由商业途径获得该纳米复合材料，并可能需要进一步加工步骤以适当活化碳以便用于分离材料，如分离汞。适当活化该纳米复合材料的进一步加工步骤可包括用热处理（例如煅烧）、用碱处理、用卤化物或卤素处理（例如促进）或它们的组合。例如，在一些实施方案中，用卤化物或卤素处理纳米复合材料可促进纳米复合材料以在纳米复合材料中形成可将汞从元素汞转化成氧化汞（例如汞氧化物）的活性位点。在一些实施方案中，不促进该纳米复合材料。例如，在一些实施方案中，用酸或碱处理纳米复合材料可以使纳米复合材料准备好用卤化物或卤素促进，或可以使纳米复合材料获得合适的反应性。在另一些实施方案中，在使用卤化物或卤素促进之前或在使用吸附剂从气体中除去汞或其它材料之前不用酸或碱处理。

该方法可包括使至少一部分纳米复合吸附剂与气体中的材料，如汞接触以形成组合物，如汞-吸附剂组合物。本发明不依赖于任何特定的作用机制；只要使用碳纳米复合吸附剂从气体中除去该材料，作为本发明的一个实施方案包含该方法。在一些实施方案中，汞以其元素形式被该吸附剂吸收；汞-吸附剂组合物可包括吸附剂和汞的元素形式。在一些实施方案中，汞被该吸附剂通过化学反应（如氧化）转化，以使来自该气体的汞转化成汞的氧化物（例如HgO）；汞-吸附剂组合物可包括吸附剂和汞的转化形式，如氧化汞。在一些实施方案中，汞-吸附剂组合物可包括元素汞和转化汞，如氧化汞的组合。在一些实例中，元素汞的吸收或汞的转化可改变该吸附剂，以使吸附剂在形成该组合物后至少略微不同；例如在特定形式的汞原子转化成氧化汞后，造成转化的吸附剂的活性位置可能变得无反应性或反应性较低。

在一些实例中，元素汞或转化的汞可保持吸收在吸附剂上直至在稍后的分离步骤中除去该汞-吸附剂组合物。例如，元素汞或转化的汞可以被吸收到，或反应并吸收到吸附剂组合物中或上，以使含汞气流中至少大约1重量%、3重量%、5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、95重量%、96重量%、97重量%、98重量%、99重量%、99.9重量%、99.99重量%或大约99.999重量%或更多的汞被吸收到，或反应并吸收到吸附剂组合物中或上。在一些实施方案中，在从气体中分离汞-吸附剂组合物之前，可以从该汞-吸附剂组合物中释放元素汞或转化的汞；例如，可以从该汞-吸附剂组合物中释放少于大约1重量%、3重量%、5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、95重量%或少于大约99重量%的汞。在一些实例中，大部分被吸收的元素汞或转化的汞可保持为汞-吸附剂组合物的一部分直至在稍后的分离步骤中除去该汞-吸附剂组合物。在一些实例中，从汞-吸附剂组合物中释放的转化汞可稍后通过分离步骤从该气体中除去。在一些实例中，已从汞-吸附剂组合物中释放的元素汞或转化的汞可以接触碳纳米复合吸附剂以形成稍后通过分离步骤除去的汞-吸附剂组合物。

在各种实施方案中，该碳纳米复合吸附剂包括与含汞气体中的汞结合的结合位点。在一些实例中，该吸附剂材料包括与卤素或卤化物反应或用卤素或卤化物浸渍的碳以形成促进的吸附剂中的汞结合位点。在一些实例中，该吸附剂材料可包括至少部分通过用碱处理活化的碳，其中该碱活化碳可以与卤素、卤化氢和第V或VI族卤化物反应或被卤素、卤化氢和第V或VI族卤化物浸渍以形成促进的吸附剂中的汞结合位点。在一些实例中，该碳中的结合位点与含汞气体中的汞反应以形成汞-吸附剂组合物。在一些实例中，该碳的至少一部分结合位点与含汞气体中的氧化汞反应以形成汞-吸附剂组合物。

在一些实施方案中，该碳纳米复合材料中的至少一部分碳是石墨烯形式的碳。石墨烯形式的碳在一些实施方案中可包括较高浓度的适合作为纳米复合材料的活性位点的位置。在一些实例中，石墨烯碳的某些部分可具有适合作为纳米复合材料的活性位点的位置的最高浓度：在一些实施方案中在边缘，在一些实施方案中在非边缘位置。适合作为活性位点的此类位置可通过如本文所述用卤化物或卤素处理活化。在各种实施方案中，该碳纳米复合材料中的碳可具有至少大约1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、95重量%、96重量%、97重量%、98重量%、99重量%、99.9重量%、99.99重量%或大于大约99.999重量%的石墨烯形式的碳。

在一些实施方案中，该碳纳米复合吸附剂具有大于40微米或大于60微米的平均粒径或大于要处理的烟气流中的飞灰或夹带灰分的粒度分布，以使碳纳米复合吸附剂和灰分可以在分离步骤中通过物理手段分离。

在一个实例中，该纳米复合材料可以是当该多孔结构中所含的卤化物盐在注入加热管道的过程中分解时被促进的（针对气相Hg氧化）碳纳米复合材料。在一些实例中，该卤化物盐可以是溴化铵。在一些实例中，该碳纳米复合材料可包括石墨烯。在一些实例中，该纳米复合材料的非碳部分包括高表面积的多孔无机基质。

形成碳纳米复合吸附剂的方法

该碳纳米复合吸附剂可以获得、可以合成或它们的任何组合。例如，获得的碳纳米复合材料在适用于本发明的方法的实施方案之前可能需要进一步处理。各种实施方案提供形成碳纳米复合吸附剂的方法、由此形成的碳纳米复合吸附剂或碳纳米复合吸附剂与含汞气体的组合。例如，制造碳纳米复合吸附剂的方法可包括提供或获得碳前体，其中该碳前体提供碳纳米复合吸附剂中的碳。该方法可包括提供或获得基底材料，其中该基底材料提供碳纳米复合吸附剂中的本体基底。该方法可包括使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料。该方法可包括加热该纳米复合原材料。纳米复合原材料的加热提供了纳米复合吸附剂。在使用前，可任选对该纳米复合吸附剂施以加工步骤，如用碱处理，如用卤素或卤化物处理，这能在碳纳米复合材料上形成可与元素汞反应以将汞例如转化成氧化汞（例如汞氧化物）的活性位点。

在一些实例中，使用基底，如粘土（例如提供开放和多孔的下部结构的基底），可以使碳水化合物（例如碳前体）与该基底接触。可以加热所得混合物，这产生具有低碳密度的碳层，其覆盖该基底材料的开放多孔结构。在一些实施方案中，在加热该混合物时，基底可以溶胀。可以通过由加热步骤造成的碳前体的化学反应，包括分解反应，包括例如热解、脱水或脱羧反应制造碳层。在一些实施方案中，制成的碳层包括石墨烯形式的碳，例如作为石墨烯带。石墨烯形式的碳，尤其在其边缘，在一些实施方案中可包括较高浓度的适合作为纳米复合材料的活性位点的位置。该碳涂布在高度多孔基质中无规堆叠的粘土粒子的表面。在实例中，可以将卤化物或卤素引入吸附剂，促进碳并增强吸附剂对汞的反应性。卤化物或卤素可以以各种形式引入。

在一些实施方案中，可以“在飞行中”产生促进的吸附剂。这可以通过例如使卤素的任何组合的蒸气在飞行中与碳纳米复合吸附剂接触实现。可以通过在输运空气流或含汞的污染气流（要从中除汞）中使卤素的任何组合的蒸气与碳纳米复合吸附剂接触实现碳纳米复合吸附剂在飞行中的促进。可以将粒子分散在输运空气（或其它气体）流中，其将该卤素-/卤化物促进的碳吸附剂粒子送往烟道或其它污染气流，然后从中除汞。在一些实施方案中，可以将粒子直接分散在烟气流中。

在飞行中促进的简单性和所带来的成本节省是有利的。可以消除处理设施的资本设备成本、运行成本和运输成本。在飞行中的制备可以利用现有硬件和运行程序并有助于确保促进的吸附剂始终新鲜并因此更有反应性。在飞行中的制备能够快速现场调节吸附剂的促进程度以确保反应性足以匹配烟气变化的要求（如改变燃料或降低负荷时可能需要的那样），因此进一步优化汞捕获的经济性和效率。

碳前体

制造碳纳米复合吸附剂的方法可包括提供或获得碳前体，其中该碳前体提供碳纳米复合吸附剂中的碳。可以通过由加热步骤造成的碳前体的化学反应，包括分解反应，包括例如热解、脱水或脱羧反应制造该纳米复合材料中的碳层。

碳前体可包括任何合适的碳前体，以使加热步骤将碳前体和基底转化成合适的碳纳米复合吸附剂。例如，碳前体可以是任何糖源，如碳水化合物（糖类），包括例如红糖、麦芽糖、焦糖、蔗糖、玉米糖浆、糖蜜、糖或糖加工废品，如甜菜糖废品、蔗糖废品等。碳前体可以是任何合适的淀粉或淀粉源。

在一些实例中，碳前体可以以碳纳米复合吸附剂的原材料的大约1重量%至大约99重量%，大约20重量%至大约80重量%，或大约40重量%至大约60重量%存在。在一些实例中，碳前体可以以碳纳米复合吸附剂的原材料的大约50%或更少碳、或大约3重量%至大约50重量%碳、或大约5重量%至大约10重量%碳存在。这一段中的重量%是指基于碳前体和基底材料的总重量的重量百分比。

基底材料

制造碳纳米复合吸附剂的方法可包括提供或获得基底材料，其中该基底材料提供碳纳米复合吸附剂中的本体基底。

该基底材料可包括任何合适的基底材料，以使加热步骤将碳前体和基底材料转化成合适的碳纳米复合吸附剂。该基底可包括任何合适的多孔材料。例如，该基底材料可以是硅藻土、沸石、多孔矿物（例如粘土），包括例如蒙脱石（例如蒙脱土、膨润土、绿脱石、皂石）、高岭土、伊利石、绿泥石、海泡石或绿坡缕石。在一些实例中，该基底可包括聚合物、非金属、金属、类金属、陶瓷或混合物和共混物，以及它们的复合材料和合金。该材料可以是合成的或天然存在的或天然衍生的材料。合成聚合物的实例包括任何常见的热塑性材料和热固性材料。金属的实例包括铝、钛、铜、钢和不锈钢。陶瓷的实例包括任何形式的氧化铝、氧化锆、二氧化钛和二氧化硅。天然存在或天然衍生的材料的实例包括木材、木复合材料、纸、乙酸纤维素和地质地层，如花岗岩或石灰石。非金属的实例包括各种形式的碳，如石墨或碳。类金属的实例包括硅或锗。多孔材料可以是建筑材料，如混凝土或沥青。

在一些实例中，基底材料可以以碳纳米复合吸附剂的原材料的大约1重量%至大约99重量%，大约20重量%至大约80重量%，或大约40重量%至大约60重量%存在。这一段中的重量%是指基于碳前体和基底材料的总重量的重量百分比。

接触和加热

制造碳纳米复合吸附剂的方法可包括使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料。该方法可包括加热（例如提供能量给）纳米复合原材料。加热（或以其它手段提供能量给）纳米复合原材料提供了纳米复合吸附剂。

该接触可以以任何合适的方式进行。该接触将碳前体和基底材料混合，以便在加热该凝聚体（conglomeration）时（或施以任何其它合适的能量源）时，形成碳纳米复合吸附剂。可以进行该接触以使碳水化合物大致均匀分布在基底上。在一些实例中，可以添加水或另一溶剂以助于碳前体分布在基底上。在碳前体和基底的混合物中包括水的实例中，该凝聚体可以在加热之前干燥。干燥可以以任何传统方式进行（例如对流、传导、微波等），包括在溶剂的沸点附近或以上（在水的情况下为例如50℃-120℃或更高）、在大气压下、在压力下或在真空下加热。

然后可以加热碳前体和基底的接触组合物以形成碳纳米复合吸附剂。该加热足以造成将碳前体转化成碳纳米复合材料中存在的碳形式的化学反应（例如分解反应），包括例如热解、脱水或脱羧反应。该加热可以在任何合适的温度下进行以充分形成碳纳米复合材料，例如大约50℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃或大约1200℃。该加热可以进行任何合适的时间以充分形成碳纳米复合材料，例如超过大约1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、30分钟、1小时、1.5小时、2小时、3小时、4小时、5小时、10小时或超过大约24小时。该加热可以在任何合适的装置中进行，例如能使加热的空气在被加热的混合物周围流动的装置或炉。可以根据装置和纳米复合材料加速或延长该加热。

卤素或卤化物促进剂

“卤素”被定义为周期表第VIIA族中包括的元素成员（第VIIA族[CAS]相当于第VIIB族[IUPAC]）。卤素的分子元素形式，包括F₂、Cl₂、Br₂和I₂相对不与热烟气中的元素汞反应。任何卤素离子、气体或化合物可以是促进剂。

降低含汞气体的汞含量的方法的实施方案包括提供或获得卤素或卤化物促进剂。该方法包括促进至少一部分吸附剂材料。吸附剂材料的促进包括使一部分吸附剂材料与卤素或卤化物促进剂化学反应或用卤素或卤化物促进剂浸渍一部分吸附剂材料。该卤素或卤化物促进剂可衍生自另一化合物（例如促进剂前体）的反应或降解。吸附剂材料的促进产生促进的吸附剂。吸附剂材料的促进可以在注入气流中之前、在注入气流中的过程中、在注入气流中后进行，或它们的组合，其中该气流可以是含汞气流、输运气流或其组合。在一些实例中，可以在促进剂和吸附剂反应之前将促进剂添加到吸附剂中，以使该促进剂添加至的气流的热造成吸附剂的促进。例如，该促进剂可以作为气体、作为溶解在液体中的气体或作为固体，如盐，或溶解在液体（例如水）中的其它物质（例如酸）添加。在促进剂在液体，如水中加入的实例中，可以使水干燥，这可以使促进剂附着到纳米复合吸附剂上、浸渍纳米复合吸附剂或与纳米复合吸附剂反应，或它们的组合。在一些实例中，预添加的促进剂可以是铵盐，如氯化铵、溴化铵或碘化铵，包括例如单-、二-、三-或四烷基卤化铵，或NH₄ ⁺卤化物盐。在一些实例中，可以在接近促进时或在促进时将促进剂添加到吸附剂中；例如，促进剂可以与吸附剂一起添加到气流中或其在加热的气流，如含汞气流或进料气流内接触吸附剂。在一些实例中，该促进剂可以是NH₄Br。

在一些实施方案中，该促进剂可以是HBr，在一些实例中，可通过促进剂前体，如溴化铵、溴化钠或溴化钙的降解或反应提供HBr。该促进剂可以是HCl，在一些实例中，可通过促进剂前体，如氯化铵、氯化钠或氯化钙的降解或反应提供HCl。该促进剂可以是HF，在一些实例中，可通过促进剂前体，如氟化铵、氟化钠或氟化钙的降解或反应提供HF。在一些实例中，促进剂（例如HBr或HCl）或促进剂前体（例如NH₄Br、NaBr、CaBr₂、NH₄Cl、NaCl、CaCl₂）可以与碳纳米复合吸附剂分开或与碳纳米复合吸附剂一起注射到烟气中（例如可以在注射前施加到吸附剂中，在相同位置同时注射，或在不同位置同时注射）。

无意将实施方案局限于任何特定的作用机制，在各种实施方案中，将卤素或来自卤化氢酸的质子添加到碳边缘结构上的碱性卡宾位点上形成了碳正离子，其从中性汞原子接收电子，以形成结合到吸附剂表面上的氧化汞物类。该反应性位点也可以在碳上的活性位点生成反应性卤素基团或碳基团。由此该碳纳米复合吸附剂提供可氧化汞并促进其捕获在碳纳米复合吸附剂上的高反应性含卤素试剂。在一些实施方案中，含有溴或由溴或溴试剂促进的吸附剂预计比由氯或氯试剂促进的相应吸附剂更具反应性并且比由碘或碘试剂促进的吸附剂便宜。

卤素和酸性物类与促进的碳纳米复合吸附剂上的结合位点的反应可产生用于氧化汞的活性位点。其它金属离子，如硼、锡、砷、镓、Sb、Pb、Bi、Cd、Ag、Cu、Zn、Se或其它污染物也可以与该碳上的氧化位点反应。

在一些实施方案中，添加到碳纳米复合吸附剂中并与其反应的卤素或卤化物促进剂可包括，例如但不限于，蒸气或气态形式的分子卤素、在有机溶剂中的分子卤素、蒸气、液体或溶液形式（例如在水或非水溶剂，如醇或其它有机溶剂中）的第V族或第VI族卤化物，分别例如PBr₃或SCl₂。

还提供有机溶剂包括氯化烃，如二氯甲烷，烃溶剂，包括例如，石油醚、轻石油（ligroin）、戊烷、己烷、甲苯和苯，二硫化碳、废溶剂、醚、再循环溶剂、超临界溶剂，如超临界CO₂，水（尽管在第V族或第VI族卤化物的情况中不行）和如本领域技术人员显而易见的其它溶剂的实施方案。

在一些实施方案中，该方法可包括将附加的卤素或卤化物促进剂添加到所述促进的吸附剂中。该附加的卤素或卤化物可以是本文中被描述为适合作为第一卤素或卤化物的任何卤素或卤化物。例如，该附加的卤素或卤化物促进剂可包括HI、HBr、HCl、与卤素结合的第V族元素或与卤素结合的第VI族元素。

在各种实施方案中，促进至少一部分吸附剂材料的步骤可以至少部分在含汞气体与该吸附剂接触之前进行。在一些实例中，促进至少一部分吸附剂的步骤可以至少部分在含汞气体与该吸附剂接触的过程中进行。在一些实例中，可以将碳纳米复合吸附剂以一定注射速率注射到气流中，其中将至少一种促进剂以一定注射速率单独注射到气流中，由此飞行中的反应产生促进的吸附剂。在一些实例中，该促进剂可以在气相中或作为蒸气反应。在一些实例中，每100克碳纳米复合吸附剂材料加入大约0.01克至大约200克，或大约0.1克至大约100克，或大约1克至大约30克促进剂。在一些实例中，吸附剂和促进剂注入的气流之一或两者可以是输运气体、烟气流（例如含汞气体）或其组合。在一些实例中，注入气体中的促进剂注射速率和吸附剂注射速率至少部分由净化气体的监测汞含量确定。

吸附剂和含汞气体中的汞接触

在降低含汞气体的汞含量的方法的实施方案中，该方法可包括使至少一部分促进的吸附剂与含汞气体中的汞接触。促进的吸附剂与含汞气体中的汞的接触包括使促进的吸附剂与含汞气体接触。促进的吸附剂与汞的接触形成汞-吸附剂组合物。该接触可以在任何合适的位置进行。例如，该接触可以在气体中进行。在另一实施方案中，该接触可以在水性液中进行。在另一实例中，该接触可以在气体中进行，随后也可以在水相，如洗涤器中进行接触。

在各种实施方案中，可以使用汞排放的测量结果作为反馈以助于控制吸附剂注射速率。由此可以实现对吸附剂和任选组分水平的更严密控制，这有助于确保以最低限度的促进剂和吸附剂要求满足除汞要求，由此使相关的成本最小化。在一个实施方案中，在注射位置下游，例如在烟囱的废气中连续测量汞排放。在各种实施方案中，至少一部分促进的吸附剂与含汞气体中的汞的接触可以在颗粒物控制装置之间进行。

从含汞气体中分离至少一部分汞-吸附剂组合物

在降低含汞气体的汞含量的方法的实施方案中，该方法包括从气体中分离至少一部分汞-吸附剂组合物。该分离产生具有比原材料含汞气体低的汞含量的净化气体。在一些实施方案中，从含汞气体中分离至少一部分汞-吸附剂组合物包括从该气体中分离颗粒物，其中所述颗粒物包含至少一部分汞-吸附剂组合物。

在一些实例中，从含汞气体中分离颗粒物的步骤包括在颗粒物分离器中从该气体中分离颗粒物。该颗粒物分离器可以是任何合适的分离器。该颗粒物分离器可包括一个或多个旋风分离器、静电除尘器、织物分离器、洗涤器或如本领域中已知的其它颗粒物脱除装置。在一些实施方案中，可以使用静电除尘器，接着洗涤器。在另一些实施方案中，可以使用静电除尘器，无洗涤器，或可以使用另一颗粒物分离器。可充当颗粒物分离器的一些装置还可具有其它功能，例如洗涤器还可如下文进一步描述从气流中除去SO₂或SO₃。在包括汞与吸附剂在水相中，例如在洗涤器中接触的实施方案中，通过汞与吸附剂在水相中的反应或相互作用而在水相内发生的该气体的除汞可被视为从该气体中分离汞-吸附剂组合物。

在一些实例中，通过从含汞气体中分离颗粒物，可以从含汞气流中除去至少大约20重量%、30重量%、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、95重量%、96重量%、97重量%、98重量%、99重量%、99.9重量%、99.99重量%或大约99.999重量%或更多的汞。如本文中论述，汞可以以元素汞形式、转化的汞，如氧化汞（例如汞氧化物）形式除去。

洗涤器

在降低含污染物的气体的污染物含量的方法的各种实施方案中，可以使用水洗涤器。水洗涤器能使水性液体或水性浆料接触气流。洗涤器可以将水性材料喷洒、喷雾或以其它方式分布在气流流过其中的空间内，以提高在洗涤器中接触该气体的液体的表面积。该水溶液可落到洗涤器底部，在此其可再循环回顶部，或取出以再生、净化或更换。该水洗涤器可以是任何合适的水洗涤器。在一些实例中，该水洗涤器可以从气流中除去一种或多种污染物。

洗涤器可以从气流中除去颗粒物。例如，当包含颗粒物的气流经过洗涤器时，接触到微滴或其它形式的水溶液的颗粒物会粘在或浸渍在该水溶液中。随着水溶液落到洗涤器的底部，粒子随其落下。该水溶液可以带着其中的至少一些粒子再循环回洗涤器顶部。该水溶液可具有任何合适的稠度，如自由流动的透明液体、具有悬浮固体的液体或任何合适粘度的浆料。连续或分批地，可以净化或更换洗涤器中的水溶液，以除去例如粒子、污染物或污染物副产物。在一个实例中，可以如US2007/0167309中所述分离和再生水溶液中的吸附剂。

在各种实施方案中，该方法可包括从含污染物的气体中除去至少一些SO₂或SO₃（例如降低SO₂或SO₃的浓度）。可以以任何合适的方式进行脱除。在一些实例中，水洗涤器可以例如通过洗涤器中的水中存在的化学化合物与SO₂或SO₃的反应从气流中除去SO₂或SO₃。洗涤器中的水中包括的可与SO₂或SO₃反应的化学化合物的一些实例包括在水中形成碱性溶液的盐，例如具有任何合适的抗衡离子，例如铵（NH₄ ⁺）、钠（Na⁺）、钾（K⁺）、镁（Mg⁺²）或钙（Ca⁺²）的碳酸盐（CO₃ ^-2）、碳酸氢盐（HCO₃ ^-）或氨基甲酸盐（OCONH₂ ^-）。例如，该碱性盐可以是碳酸铵（(NH₄)₂CO₃）、碳酸氢铵（(NH₄)HCO₃）或氨基甲酸铵（(NH₄)OCONH₂）。

在各种实施方案中，促进剂或促进剂前体可以在洗涤器的水溶液中。在一些实施方案中，可以将促进剂（例如HBr）直接添加到水洗涤器中的水中。在一些实例中，可以将促进剂前体（例如NH-₄Br）直接添加到水洗涤器中的水中，其可以在此分解形成促进剂（例如HBr）。可以将促进剂前体注射到热气体（例如热载气或烟气流）中，其可以在此转化成促进剂，随后该气流可进入洗涤器，在此该前体吸收或溶解在洗涤器中的水中。该促进剂或促进剂前体可以以任何合适的方式进入洗涤器的任何合适的部分，例如其可以在进入洗涤器之前进入烟气流，其可以单独注射到洗涤器的气相中，或其可以注射到洗涤器的水相中。

在一些实施方案中，洗涤器中的水溶液可包括活性炭纳米复合吸附剂。在这样的实施方案中，该洗涤器可通过使该活化的吸附剂在水相中与来自气流的一种或多种污染物反应或吸收来自气流的一种或多种污染物而从气流中除去一种或多种污染物，如汞。该纳米复合材料可以以任何合适的方式在任何合适的位置进入洗涤器，例如其可以在进入洗涤器之前进入烟气流，其可以单独注射到洗涤器的气相中，或其可以注射到洗涤器的水相中。任选地，包括活性炭纳米复合吸附剂的水溶液可包括可与该气流中的污染物反应的其它化学品，以使该洗涤器可除去多于一种类型的污染物。例如，除活性炭纳米复合吸附剂外，水洗涤器溶液还可包括可与SO₂反应的碱性盐。

在一些实例中，碳纳米复合材料可以在该洗涤器中活化，如在洗涤器的水中包括促进剂的实施方案中。可以将碳纳米复合材料直接添加到洗涤器中（例如添加到气相或液相中），或在洗涤器之前添加到流入洗涤器的气流中。可以在颗粒物控制装置（例如ESP）和洗涤器之间的任何合适的点加入碳纳米复合材料。在一些实例中，可以将碳纳米复合材料和促进剂或促进剂前体都注射到热气流（例如热载气或烟气流）中，在此在进入洗涤器之前可以形成促进的碳纳米复合吸附剂。在一些实施方案中，可以用促进剂或促进剂前体涂布碳纳米复合材料并将涂布的碳纳米复合材料注射到热气体（例如热载气或烟气流）中，其可在此转化成促进剂，随后吸收在洗涤器中的水中。

在包括ESP和洗涤器的实施方案中，碳纳米复合材料可任选在ESP之前以及在湿洗涤器中用于污染物脱除。在这种实施方案中，ESP可除去纳米复合材料-污染物。或者，该碳纳米复合材料可用在洗涤器中并且不在ESP之前使用。或者，该碳纳米复合材料可以仅在ESP之前使用并且不用在洗涤器中或不主要用在ESP中。

碱性组分

在一些实例中，从含汞气流中除汞的方法可包括将碱性(alkaline)（例如碱性(basic)）组分注射到含汞气体中。在一些实例中，该碱性组分包括碱金属或碱土金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或磷酸盐。

在各种实例中，与碳纳米复合吸附剂分开或一起添加碱性组分可改进汞捕获，在一些实例中超过促进的和未促进的碳纳米复合吸附剂。各种因素会影响碱性组分的添加效力，例如烟气污染物、烟气成分（例如SO₂、NO_x、HCl等）、运行温度、汞形式和汞浓度。在一些实例中，可以调节碱性组分/活性炭比率以针对给定的现场条件组进行优化。

稳定剂

在一些实例中，可以将稳定剂添加到促进的吸附剂中。该稳定剂可以是汞稳定剂。在一些实施方案中，提供了将汞稳定剂添加到促进的碳吸附剂中以制造双功能吸附剂的方法。此类稳定剂可以在卤素/卤化物的添加和反应之前或之后依序加入。在一些实施方案中，卤素/卤化物包括Br或HBr，且汞-稳定剂可包括S、Se、H₂S、SO₂、H₂Se、SeO₂、CS₂、P₂S₅及其组合。

吸附剂的再生

在用于从含汞气流中分离汞的方法或材料的任何实施方案中，可以再生该碳吸附剂；可以除去来自烟气的使吸附剂中毒的污染物；并可以将吸附剂再促进以恢复汞吸附活性。再生的吸附剂然后再用于该方法。在共同待审的共有PCT专利申请No.PCT/US04/12828（名为“PROCESSFORREGENERATINGASPENTSORBENT”，其全文并入本文作为参考）中描述了吸附剂再生技术的详细实例。

示例性方法

在各种实施方案中，除来自燃烧系统的烟气外，本文中论述的碳纳米复合吸附剂、除汞方法和任选添加剂还可用于来自气化系统、合成气发生器的产物或排出气体和其它含汞气流的汞控制。因此，应该理解的是，本说明书通篇所用的术语燃烧系统和烟气如本领域技术人员理解的那样同样适用于气化系统和合成气或燃料气。

现在参照图1，显示了示例根据各种实施方案制备促进的碳吸附剂的方法的方框流程图。方框10示例提供碳纳米复合吸附剂，在方框20处示例添加卤素或卤化物促进剂，其与碳反应以产生促进的碳纳米复合吸附剂。在卤素或卤化物在例如溶剂中加入的实施方案中，可以如方框20A所示除去溶剂。方框30指示添加在方框30中示例的任选次要组分，其与方框20或20A的产物反应以产生促进的碳纳米复合吸附剂。在卤素或卤化物促进剂和/或次要组分在例如溶剂中加入的实施方案中，可以如方框30A所示除去溶剂。

在图1中，步骤50之前的步骤在用促进的吸附剂处理烟气流之前产生促进的吸附剂。一种或多种促进剂的添加和与促进剂的反应或相互作用（这导致该吸附剂的促进）可以在任何合适的位置进行。在一些实例中，可以在热气流中，如在烟气流中，或如在热载气流中促进该吸附剂。在一些实施方案中，可以在将吸附剂注射到热气流中之前将促进剂添加到吸附剂中。在一些实施方案中，可以将促进剂与吸附剂一起添加到热气流中，在本文中称作吸附剂的“飞行中”促进。因此，在一些实施方案中，在步骤50之前，促进剂和吸附剂可以一起或分开注射到烟气流或另一热气流中。

再参照图1，路径10-40包括如方框10所示提供碳纳米复合吸附剂和如方框40所示将卤素或卤化物促进剂和次要组分一起添加到吸附剂中，它们与吸附剂反应以产生促进的碳纳米复合吸附剂。在一种或多种组分在溶剂中加入的实施方案中，可以如方框40A所示提供溶剂脱除步骤。

再参照图1，也示例了如方框50所示用如本文所述制备的促进的碳纳米复合吸附剂处理烟气流的实施方案。

现在参照图2，示例了由科学证据展开的解释促进化合物的性质的理论，其无意将本发明的实施方案限于任何具体操作理论。本发明的方法包括使用碳纳米复合材料以任何合适的方式从气体中除汞。

例如，如图2中所示，溴化氢可以与碳纳米复合吸附剂的不饱和结构反应。可以由例如溴化铵提供溴化氢。仅举例而言，碳纳米复合吸附剂上的碳的反应性部分可以是该碳的石墨烯片结构的边缘上的卡宾物类。分子溴或其它溴化合物可反应形成类似结构——其具有可有效用于氧化汞（其随后被该吸附剂捕获）的正碳。

含碳的溴化物化合物的形成提高了碳纳米复合材料对汞和其它污染物的反应性。另外，所得溴化物化合物独特地适合促进汞的氧化。该氧化的效率可来自该卤化物对氧化过程中汞上的正电荷开发的促进效应，这在化学领域中已知为特定的催化效应。因此，随着汞电子被吸引到正碳上，卤素阴离子电子可以从另一侧推入，以稳定汞上的正电荷开发和降低该氧化过程的能量要求。由于该离子的外4p轨道中的高度可极化电子，溴化物尤其具有反应性。因此，将HBr或Br₂添加到碳纳米复合材料中可形成类似的溴化碳，其中正碳可借助溴离子氧化汞。

图3A显示汞控制系统100的示意性流程图，其包括根据本发明的实施方案制备促进的碳吸附剂和烟气除汞。提供了碳纳米复合吸附剂储器110、任选的卤素/卤化物促进剂储器120、任选的次要组分储器130和任选的碱组分储器180，它们各自分别具有相应的流量控制装置201、202、203和207/208/209。具有相应的流量控制器201、202和203的储器110、120和130可以与传输线路113和115一起独立地使用，一起使用或完全不使用。例如，具有控制器201的储器110可以与传输线路113一起使用以独立地和单独地在注射点114注入材料，同时，具有相应的流量控制器202和/或203的任选储器120和/或130可以与传输线路115一起使用以独立地和单独地在注射点116注入材料。与任选的碱组分储器180一起，任选的流量控制装置207、208和209可以独立使用，一起使用或完全不使用。

储器110、120、130和180通过它们各自的流量控制装置并经由相应的管路连向传输线路113和115。任选的碱组分储器180也可以通过各自的流量控制装置并经由相应的管路连向传输线路118。由气体源169向传输线路113提供空气、氮气或其它输运气体源以携带从储器110、120、130和180排出的材料并将此类材料经注射点114注射到污染的烟气流15中。由气体源170向传输线路115提供空气、氮气或其它输运气体源以携带从储器110、120、130和180排出的材料并将此类材料经注射点116注射到污染的烟气流15中。由气体源171向传输线路118提供空气、氮气或其它输运气体源以携带从储器180排出的材料并将此类材料经注射点119注射到烟气流15中。气体源169、170和171可以视需要相同或不同。或者，可以通过气体源170向传输线路113、115和118提供输运气体（没有显示从源170连向传输线路113和/或118）。尽管气体源169、170和171在图3A中显示为压缩机或鼓风机，如本领域普通技术人员会认识到的本领域中已知的任何传输能量源是可接受的。例如，在120作为液体添加的情况下，169可以是泵。

为清楚起见，在图3A中显示了单注射点114、116和119，尽管本领域普通技术人员会理解，多注射点也在本发明的范围内。将光学密度测量装置204连向传输线路113或115（或118，未显示）以提供随时间变化的代表传输线路113、115或118内的光学密度的信号。

在注射点116和119下游提供颗粒物分离器140。例如但非限制地，颗粒物分离器140可包括一个或多个织物过滤器、一个或多个静电除尘器（下文称作“ESP”）或如本领域中已知的其它颗粒物脱除装置。应该进一步指出，可相继或并列存在多于一个颗粒物分离器140，当并列存在、相继存在或存在它们的组合时，注射点116和119可以在140上游和/或下游的位置。颗粒物分离器140可至少产生主要气态（“净化”）流42和包括分离的固体材料的流141。吸附剂/灰分分离器150可以将流141分离成主要灰分流152和主要吸附剂流151。或者，未显示地，流141可作为废物流弃置或直接送往任选的吸附剂再生器160。然后可将流151送往任选的吸附剂再生器160，这产生再生吸附剂流161和废物流162。

在任选的ESP140后提供任选的水洗涤器190。水洗涤器190可以与ESP140一起或不与ESP140一起提供。洗涤器190可以从气流中除去颗粒物，可以通过与碱性水性液体的化学反应从气流中除去污染物，如SO₂，可以通过与洗涤器中的活性炭纳米复合吸附剂反应或被其吸收从气流中除去污染物，如汞，或它们的任何合适的组合。除了或代替在单元140之前注入和促进碳纳米复合吸附剂，可以向水洗涤器190提供促进剂120或促进剂前体。可以将该促进剂或促进剂前体注射到气流42中，或可以直接提供到洗涤器中（没有显示120/130和190之间的传输线路）。促进剂或促进剂前体可以作为用促进剂或促进剂前体涂布或与促进剂或促进剂前体结合的碳纳米复合吸附剂在洗涤器190之前提供或提供到洗涤器190中。涂布或结合的吸附剂/前体的促进可以在洗涤器190中，在该洗涤器前的气流42中或在向42或190输送活化的纳米复合材料的加热载气线路（未显示）中进行。除了或代替在单元140之前注入和促进碳纳米复合吸附剂，可以向水洗涤器190提供碳纳米复合材料。可以将该碳纳米复合材料注射到气流42中，或可以直接提供到洗涤器中（没有显示110和190之间的传输线路）。洗涤器中的水溶液可以在分批或连续法中再生或更换，以除去吸收的颗粒物、吸收的污染物或吸收的污染物副产物。

在废气流35中提供对汞的任选连续排放监测器（下文称作“CEM”）205以提供随时间变化的代表废气流35中的汞浓度的电信号。任选的汞CEM205和流量控制器201、202、203、207、208和209经由任选线路227（或无线）电连接到任选的数字计算机（或控制器）206上，其接收和加工信号并可以控制促进的碳吸附剂的制备和注射到污染的烟气流15中。

在示例性运行中，可以将碳纳米复合吸附剂和/或任选的促进剂和/或任选的碱组分注射到污染的烟气流15中。在注入的材料与污染的烟气流15接触后，注入的材料降低汞浓度，以将污染的烟气转化成汞减少的烟气流25。分别地，可以通过分离器140从汞减少的烟气流25中除去注入的材料，弃置或通过任选分离器150进一步分离，和弃置或通过任选再生器160再生。或者或另外，洗涤器190可以借助促进的碳纳米复合材料除去SO₂、污染物，如汞，除去颗粒物，或它们的任何组合。然后通过任选的CEM205监测汞减少的“净化”烟气流42和/或35的汞含量，这向任选的计算机/控制器206提供相应的信号。来自206的逻辑和优化信号随后可根据本领域中公知的控制算法调节流量控制器201、202、203、207、208、209以使废气流35中的汞浓度保持在所需界限内。也可以手工或通过另一些自动化手段根据本领域中公知的控制算法调节流量控制器201、202、203、207、208、209以使废气流35中的汞浓度保持在所需界限内。

再参照图3A，示例了用于制备和注射碳纳米复合吸附剂、促进的碳吸附剂、卤素和卤化物促进剂和/或碱组分的几个实施方案。流111用于从储器110引入碳纳米复合吸附剂，其手动或在计算机206的指导下通过流量控制器201计量加入。卤素/卤化物可以根据几个提供的方法的任一种与碳纳米复合吸附剂结合和反应。卤素/卤化物(120和/或130)可经由传输线路121（和/或131）直接并入传输线路115(或113)中，在其内在注射点116（或114）之前与碳纳米复合吸附剂（例如在储器110）接触和反应。这一选项是在本文中被称作根据本发明的促进的碳吸附剂的“飞行中”制备的一种形式。此外，卤素/卤化物(120和/或130)可通过传输线路121（和/或131）经由烟气流15并入传输线路115和注射点116，其在传输线路113中传输并在注射点114注入碳纳米复合材料后与烟气流15中的碳纳米复合材料（例如来自储器110）接触和反应。这一选项是在本文中被称作根据本发明的促进的碳纳米复合吸附剂的“飞行中”制备的另一形式。此外，卤素/卤化物可经由传输线路121b与进入传输线路113和/或115之前的碳纳米复合吸附剂合并。再进一步，卤素/卤化物可以通过经传输线路121c引入储器110而与碳纳米复合吸附剂接触和反应。当例如储器110包括碳纳米复合吸附剂的沸腾床或流化床时，可以使用这一选项，卤素/卤化物以气体形式或作为蒸气流经该床。在另一些实施方案中，卤素/卤化物可以如上文论述以液体形式或在溶剂中与碳纳米复合吸附剂接触，然后如果必要，如参照图1论述的实施方案中提到的那样，提供溶剂脱除（未显示在图3A中）。

类似地，任选的次要组分可以经由传输线路131直接在传输线路115（和/或113）中，或任选如上文参照卤素/卤化物所述经由传输线路131b和131c接触和反应。

类似地，来自储器180的任选的碱组分可以直接在传输线路113和/或115中添加，或可以由传输线路118单独注入，以保持独立和/或在烟气流15的下游结合以与碳纳米复合吸附剂、促进的碳或任选的次要组分协同作用。可以针对现场特有的运行条件和烟气条件优化任选碱组分的量的现场变化（相对于碳纳米复合吸附剂、促进的碳或任选的次要组分）。

图3B显示汞控制系统300的示意性流程图，其包括根据本发明的实施方案制备促进的碳吸附剂和烟气除汞。碳吸附剂310可以经线路395注射到位置396或经线路390注射到位置391。促进的碳吸附剂320可以经线路395注射到位置396或经线路390注射到位置391。碳吸附剂310可以在飞行中促进，如通过将线路390和/或395将碳吸附剂310注射到位置391和/或396并经线路380将卤素/卤化物促进剂340注射到位置385，或通过经线路390和/或395将碳吸附剂310注射到位置391和/或396并经线路350将卤素/卤化物促进剂340注射到位置355和/或经线路360将卤素/卤化物促进剂340注射到位置365和/或经线路370将卤素/卤化物促进剂340注射到位置375。

除了或代替在任选的ESP单元之前使用促进的碳纳米复合材料，可以使用任选的洗涤器单元通过在该洗涤器中使用促进的碳而除去污染物，如汞，通过在该洗涤器中使用碱性水溶液而除去污染物，如SO₂，在该洗涤器中除去颗粒物，或它们的任何组合。材料，如促进剂或碳纳米复合吸附剂可以在洗涤器中或在ESP和洗涤器之间注射到洗涤器中。促进的吸附剂320可以经线路397注射到洗涤器中。碳吸附剂310可以在飞行中促进，例如通过碳吸附剂310经由加热载体线路（未显示）与促进剂340一起注射到洗涤器中。卤素/卤化物促进剂340可以经线路381添加到洗涤器中，同时经线路397加入碳吸附剂310，并可以在洗涤器内促进该吸附剂。

在组分之间的接触和反应在液相或溶剂相中进行的一些实施方案中，可以提供此类液体和/或浆料混合物的搅拌。在一些实施方案中，卤素/卤化物促进剂和任选的次要组分以溶液形式注射到碳纳米复合吸附剂中或上。在一些这样的实施方案中，可随后提供如本领域中已知的干燥、过滤、离心、沉降、滗析或其它溶剂脱除法。

在该卤素/卤化物促进剂是气体或蒸气形式的实施方案中，其可以酌情在空气、氮气或其它气体中稀释。可以使卤化物/卤素气体，例如气态HBr或Br₂经过颗粒或纤维状的碳纳米复合吸附剂的沸腾床或流化床，可以通过气体夹带从该床的顶部取出如此制成的促进的碳吸附剂以供注射。

在一些实施方案中，次要组分可包括碘或其它卤素、氢卤化物，包括但不限于HI、HBr、HCl、与分子卤素结合的第V族或第VI族元素，如SCl₂等。在一些实施方案中，该促进的碳吸附剂可包括大约1克至大约30克卤素/卤化物/100克碳纳米复合吸附剂材料。在一些实施方案中，该促进的碳吸附剂可包括占卤素/卤化物组分的浓度大约1重量%至大约15重量%的浓度的次要组分。

在另一些实施方案中，可以将该促进的碳纳米复合吸附剂施加到基底上。在另一些实施方案中，可以使如此制成的基底与污染的烟气或气化系统产物气流接触以减少汞。这样的基底可以是整块的，旋转、移动或以本领域技术人员已知的各种方式暴露在气流中。基底可包括例如蜂窝结构、织物、过滤器、板等。

实施例

参照作为示例提供的下列实施例更好地理解本发明。本发明不限于本文中给出的实施例。

实施例1.来自商业蔗糖蜜的介孔活性炭(AC)纳米复合材料

实施例1.1.NanoG-CM

将获自Aldrich的高表面积蒙脱土（粘土）（200克）快速添加到用更少量的水（200克/140毫升）稀释的BrerRabbit糖蜜（未硫化）中并搅拌以制造稠糊。

一旦所有粘土被糖蜜润湿，将该糊在110℃下干燥整夜以除去过量水。或者，将较少部分的糊在微波中加热1分钟。较小批量在炉中在110℃下更快（1小时）干燥。

将干燥的固体分两批加载到圆柱形钢管中并在管式炉中在氮气流过该床的同时加热至700℃。将排出的气体鼓过脱水器（watertrap）。继续加热1小时。该管在氮气下缓慢冷却至环境温度并排空。将所得黑色复合碳块称重并在研钵和研杵中研磨。将产物纳米复合材料分成两个筛分粒度——大于325目和大约325目。大约325目材料用于Hg捕获试验。

纳米复合材料的产量为217克。

实施例1.2.NanoG-CB.

制备类似于NanoG-CM，只是用高钠膨润土代替蒙脱土。由10.0克膨润土获得的产量为10.1克。

实施例1.3.促进剂的浸渍

实施例1.3.1.溴化铵

将溴化铵的水溶液（7.3克/35毫升）添加到54克325目纳米复合材料中并搅拌形成糊。该糊在110℃下干燥并再研磨。

实施例1.3.2.溴化氢

将HBr水溶液（0.1N）添加到NanoG-CM（10克）中并将该混合物搅拌1小时。过滤该浆料并在110℃下干燥。

实施例1.3.3.溴.

将溴蒸气（0.5克）转移到含有粉状复合材料（10克）的管瓶中，其吸附到其中。

实施例1.3.4.硫

将元素硫（1克）溶解在二硫化碳（20毫升）中并加入10克NanoG-CM。在搅拌整夜后，除去二硫化碳。

实施例2.来自AmericanCrystalSugar(ACS)Raffinate的介孔活性碳纳米复 合材料

前一版本的NanoG-CM碳复合材料使用蔗糖蜜制成。使用当地ACS糖蜜会提供更方便的来源；例如可大量（大约170吨）供应由糖和甜菜碱提取剩余的低价值残液。但是，溶解的无机盐的量比商业蔗糖蜜高得多（>10%）且糖含量较低。

使用ASC残液和两种类型的粘土制备纳米复合材料：来自Aldrich的高溶胀高钠膨润土和低溶胀蒙脱土。两者都细研磨。

实施例2.1.NanoG-ACSB.

通过将10克干燥膨润土添加到80克水中并用研钵和研杵研磨，使膨润土溶胀。将ACS残液（10克）添加到胶凝的混合物中并通过研磨混合。在静置整夜以使残液中的糖进一步分散到粘土中后，将该混合物在微波中以满功率加热1分钟以形成该凝胶中的大孔隙度。将该凝胶在干燥炉中在110℃下干燥整夜。

将干燥的固体分两批加载到圆柱形钢管中并在管式炉中在氮气流过该床的同时加热至700℃。将排出的气体鼓过脱水器。继续加热1小时。该管在氮气下缓慢冷却至环境温度并排空。将所得黑色复合碳块称重并在研钵和研杵中研磨。

纳米复合材料的产量为10.2克。

实施例2.2.NanoG-2ACSB

制备类似于NanoG-ACSB，只是添加的残液的重量翻倍。产量为10.5克。

实施例2.3.NanoG-2ACSM.

制备类似于NanoG-CM，使用10克Aldrich蒙脱土和20克ACS残液，且量翻倍。产量为10.5克。

实施例2.4.NanoG-2ACSB-Washed.

NanoG-2ACSB的样品用水搅拌整夜，过滤，然后用0.1NHBr搅拌2小时。过滤该浆料并将该复合材料在110℃下干燥。

实施例2.5.促进剂的浸渍

实施例2.5.1.溴化铵.

溴化铵水溶液（1.1克/5毫升）添加到10克纳米复合材料并搅拌形成糊。该糊在110℃下干燥并再研磨。

实施例2.5.2.溴.

将溴蒸气（0.5克）转移到含有粉状复合材料的管瓶中，其部分吸附（化学吸附）到其中。

实施例3.NanoG吸附剂的实验室规模Hg吸附试验

进行实验室规模Hg吸附试验以评估该吸附剂在床构造下吸附烟气中的元素Hg蒸气的性能。这些结果概括在表1中。尽管在极短接触时间下对注射模式中的性能的评估不太准确，但初始反应性（作为%Hg捕获）和初始斜率给出短时标内的反应性的初步测定。当初始斜率平坦时，存在许多活性位点，并发现较高的反应性。陡峭的初始斜率涉及快速突破和相应的较低反应性。

由蔗糖蜜制成的NanoG复合吸附剂（NanoG-CM）在实验开始时提供优异的反应性（98%-99%捕获）并维持高捕获效率15分钟（平坦斜率）。另一方面，ACS残液与由蔗糖蜜制成的复合材料相比提供较低反应性和较低容量（较短的50%突破时间）。由于较低的糖含量、较高的盐含量和可能不同的燃尽速率，ACS复合材料中所含的碳量明显较低。用双倍量的糖蜜制成的复合材料的反应性低于较低剂量。可以通过由ACS残液制成的复合材料的孔隙中的盐堵塞解释这些结果。将水添加到该吸附剂中时大量H₂S的析出与在孔隙中形成K₂S（源自硫酸盐的还原以及高钾含量）相一致。当洗涤ACS残液吸附剂以溶解掉盐时，反应性和容量明显改进。

表1.NanoG吸附剂的固定床筛选的概要结果

。

尽管AC的硫化产生对Hg具有良好反应性的碳，但将硫添加到NanoG吸附剂中没有带来良好的容量。硫有可能堵塞这些吸附剂中可提供的有限量孔隙率的孔。

HBr与Br₂的比较表明Br₂产生更高的反应性和容量。其原因可能是在通过气相沉积制成的吸附剂中，这些复合吸附剂中的碳正离子-溴离子对的水合程度更低并更具反应性。

溴化铵-促进的吸附剂提供极好的反应性和容量——与在加热时孔隙中的溴化铵分解形成氨和气态HBr相一致。HBr与沉积在邻近的纳米碳表面上的碳结合，以装饰粘土层（片）。氨也截留在该复合材料的酸性粘土层内，在此其可用于在烟气中的SO₂在碳表面上氧化之前拦截该SO₂。

实施例4.中试评估

在CenterforAirToxicMetals^?(CATM^?)-赞助的颗粒物试验燃烧器（PTC）运行过程中以中试规模评估NanoG-CM。用于该评估的煤是亚烟煤MontanaPowderRiverBasin(PRB)(Absaloka)并与市售未处理的碳进行比较。

对于市售标准AC和两种形式的NanoG-CM，来自PTC试验的结果概括在图4中。图4显示在总注射吸附剂基础上的NanoG-CM测试的PTC结果。用中等能量离解技术（moderateenergydissociationtechnology）（MEDT）吸附剂强化添加剂（SEA）选项测试标准AC和未处理过的NanoG-CM。如附图中所示，标准AC的结果较好；但是，该NanoG-CM确实表现出飞行中捕获潜力。用NanoG-CM的处理过的样品获得更有前途的结果。通过为扩展MEDTSEA进行的一组试验确定，用于NanoG-CM的预处理在预空气加热器温度下最有效。因此，在该处理过的NanoG-CM的评估过程中，将其注射到管道系统中烟气温度为大约715°F的点。

图4表明该NanoG-CM材料表现出作为飞行中的汞吸附剂的潜力，但总注射吸附剂速率高于标准AC。但是，另一比较是以碳组分为基础评估试验结果，因为对复合吸附剂的基本的经济假设在于，AC组分可能比无机基底贵一个量级。来自图4的结果重新定标在图5中以描绘这三个选项的相当的仅以碳计的注射速率。图5显示以碳组分为基础的NanoG-CM试验的PTC结果。标准AC结果保持不变，因为它们被视为100%AC（没有扣除碳的矿物组分），但NanoG-CM数据表现出低得多的仅以碳计的注射速率，因为NanoG-CM的平均碳含量仅为8%。

图5的仅以碳计的结果证实该纳米复合吸附剂的至少一个有益方面：提高的碳利用率。图5中的标准AC和NanoG-CM结果的比较表明标准AC的大部分碳含量（例如内部）未被利用并且没有成为总体汞捕获中的一个因素。这强化了一种机械的理解，即主要是表面和近表面位点对汞在飞行中的捕获是重要的。改进的碳利用率对易消耗的吸附剂成本具有有益影响，例如如果增加的或更复杂的生产步骤没有压倒基础材料的成本优势。此外，改进的碳利用率使得更容易满足飞灰中，例如要用于混凝土的飞灰中的碳含量限制。

碳层和内部基底之间的协同效应是该碳纳米复合吸附剂的一个优点。在一个实例中，协同效应来自于包括两种吸附剂的单一粒子：传统AC和对烟气中的酸性气组分具有反应性的无机基底。为了证实纳米复合吸附剂的潜在益处，对具有不同活性炭表面覆盖率的复合吸附剂使用飞行中的捕获的应用模型，结果呈现在图6中。图6显示在高硫烟气（3000ppmSO₂,15ppmSO₃）中用复合吸附剂在飞行中捕获汞的模型结果。该烟气模型代表含有显著量的SO₃的高硫煤，其如100%AC参考曲线所示限制了汞捕获。通过50%和10%AC曲线显示该复合吸附剂的协同益处的评估。考虑到所用的保守估计，益处可能超过该模型所表现出的那些。

已经使用的术语和措辞用作描述性而非限制性术语，并且在此类术语和措辞的使用中无意排除所展示和描述的特征或其部分的任何等同物，而是要认识，可以在要求保护的本发明的范围内作出各种修改。因此，应该理解的是，尽管已通过优选实施方案和任选特征具体公开了本发明，但本领域技术人员可以采用本文中公开的概念的修改和变动，且这样的修改和变动被认为在如所附权利要求规定的本发明的范围内。

附加实施方案

本发明提供下列示例性实施方案，其编号不应被解释为指示重要性的级别：

实施方案1提供了从包含一种材料的气体中分离所述材料的方法，其包括提供或获得碳纳米复合吸附剂；使至少一部分所述材料与所述吸附剂接触以形成材料-吸附剂组合物；和从含所述材料的气体中分离至少一部分所述材料-吸附剂组合物以产生分离的气体。

实施方案2提供了实施方案1的方法，其中所述材料是污染物。

实施方案3提供了实施方案2的方法，其中所述污染物是汞。

实施方案4提供了实施方案2-3任一项的方法，进一步包括提供促进剂；和通过使至少一部分吸附剂材料与所述促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂；其中与至少一部分污染物接触的吸附剂包含促进的吸附剂。

实施方案5提供了实施方案4的方法，其中所述促进剂是卤素或卤化物促进剂。

实施方案6提供了降低含污染物的气体的污染物含量的方法，其包括提供或获得碳纳米复合吸附剂材料；提供或获得卤素或卤化物促进剂；通过使至少一部分吸附剂材料与所述卤素或卤化物促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂；使至少一部分促进的吸附剂与含污染物的气体中的污染物接触以形成污染物-吸附剂组合物；和从所述含污染物的气体中分离颗粒物，所述颗粒物包含至少一部分所述污染物-吸附剂组合物，以产生净化气体。

实施方案7提供了实施方案6的方法，其中所述污染物是汞。

实施方案8提供了实施方案6-7任一项的方法，其中获得或提供碳纳米复合吸附剂包括提供或获得碳前体；提供或获得基底材料；使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料；加热所述纳米复合原材料以提供碳纳米复合吸附剂。

实施方案9提供了实施方案8的方法，进一步包括使加热的纳米复合原材料与酸或碱反应以提供碳纳米复合吸附剂。

实施方案10提供了实施方案8-9任一项的方法，其中所述碳前体包含碳水化合物。

实施方案11提供了实施方案8-10任一项的方法，其中所述碳前体包含红糖、麦芽糖、焦糖、蔗糖、玉米糖浆、淀粉、糖蜜或糖废品(sugarwasteproduct)。

实施方案12提供了实施方案8-11任一项的方法，其中所述基底材料包含硅藻土、粘土、沸石或矿物。

实施方案13提供了实施方案8-12任一项的方法，其中所述加热包括加热至超过大约100℃。

实施方案14提供了实施方案6-13任一项的方法，其中所述吸附剂材料包含与含污染物的气体中的污染物结合的结合位点。

实施方案15提供了实施方案6-14任一项的方法，其中所述吸附剂材料包含已与卤素、卤化氢和第V族和第VI族卤化物反应或被卤素、卤化氢和第V族和第VI族卤化物浸渍的碳以形成所述促进的吸附剂中的污染物结合位点。

实施方案16提供实施方案15的方法，其中促进的AC中的结合位点与含污染物的气体中的污染物结合以形成污染物-吸附剂组合物。

实施方案17提供了实施方案15-16任一项的方法，其中促进的AC中的结合位点与含污染物的气体中的污染物反应以形成污染物-吸附剂组合物。

实施方案18提供了实施方案15-17任一项的方法，其中AC的至少一部分结合位点与含污染物的气体中的氧化污染物反应以形成另一污染物-吸附剂化学组合物。

实施方案19提供了实施方案6-18任一项的方法，其中从含污染物的气体中分离颗粒物的步骤包括在包含一个或多个ESP的颗粒物分离器中分离。

实施方案20提供了实施方案7-19任一项的方法，其中所述含汞气体中的汞包含元素汞。

实施方案21提供了实施方案7-20任一项的方法，其中所述汞-吸附剂组合物中的汞是氧化汞。

实施方案22提供了实施方案7-21任一项的方法，其中所述促进的吸附剂与所述含汞气体中存在的至少大约70重量%的汞结合。

实施方案23提供了实施方案6-22任一项的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂是包含蒸气形式、固体形式、在溶剂中或其组合的形式。

实施方案24提供了实施方案6-23任一项的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂包含第V族卤化物和第VI族卤化物中的至少一种。

实施方案25提供了实施方案6-24任一项的方法，其中所述吸附剂上的或随所述吸附剂注入的促进剂前体转化成与所述吸附剂反应的卤素或卤化物促进剂。

实施方案26提供了实施方案6-25任一项的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂是NH₄Br、NaBr、HBr、NaCl、CaCl₂或HCl。

实施方案27提供了实施方案6-26任一项的方法，进一步包括将碱性组分注入含污染物的气体中。

实施方案28提供了实施方案27的方法，其中所述碱性组分包含碱金属或碱土金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或磷酸盐。

实施方案29提供了实施方案6-28任一项的方法，进一步包括将附加的卤素或卤化物促进剂添加到所述促进的吸附剂中。

实施方案30提供了实施方案29的方法，其中所述附加的卤素或卤化物促进剂包含HI、HBr、HCl、与卤素结合的第V族元素(aGroupVelementwithhalogen)或与卤素结合的第VI族元素。

实施方案31提供了实施方案6-30任一项的方法，进一步包括将稳定剂添加到所述促进的吸附剂中。

实施方案32提供了实施方案31的方法，其中所述稳定剂包含S、Se、H₂S、SO₂、H₂Se、SeO₂、CS₂和P₂S₅中的至少一种。

实施方案33提供了实施方案6-32任一项的方法，其中促进至少一部分吸附剂材料的步骤至少部分在含污染物的气体与促进的吸附剂接触之前进行。

实施方案34提供了实施方案6-33任一项的方法，进一步包括向气流中以一定注射速率注入碳纳米复合吸附剂和以一定注射速率单独注入至少一种促进剂，由此飞行中的反应产生促进的吸附剂，其中所述促进剂选自分子卤素、卤化物及其组合，其中所述促进剂在气相中或作为蒸气反应，其中每大约100克碳纳米复合吸附剂材料加入大约1至大约30克促进剂。

实施方案35提供了实施方案34的方法，其中所述气流是含污染物的气体。

实施方案36提供了根据实施方案35的方法，其中所述气流是输运气体。

实施方案37提供了实施方案34-36任一项的方法，其中注入气体中的促进剂注射速率和吸附剂注射速率至少部分由所述净化气体的监测污染物含量确定。

实施方案38提供了实施方案6-37任一项的方法，进一步包括由所述污染物-吸附剂化学组合物再生所述促进的吸附剂的步骤。

实施方案39提供了实施方案38的方法，进一步包括使用再生的促进的吸附剂从含污染物的气体中除去该污染物。

实施方案40提供了实施方案6-39任一项的方法，其中所述促进、所述接触和所述分离中的至少一项在水洗涤器中进行。

实施方案41提供了实施方案40的方法，其中所述促进在洗涤器中进行，其中所述洗涤器包括包含所述促进剂的水性浆料。

实施方案42提供了实施方案40-41任一项的方法，其中所述接触在洗涤器中进行，其中所述洗涤器包括包含活性炭纳米复合吸附剂的水性浆料。

实施方案43提供了降低含汞气体的汞含量的方法，其包括提供或获得碳纳米复合吸附剂，通过下列步骤制造所述碳纳米复合吸附剂：提供或获得碳前体、提供或获得基底材料、使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料、和加热所述纳米复合原材料以提供所述碳纳米复合吸附剂；提供或获得卤素或卤化物促进剂；通过使至少一部分吸附剂材料与所述卤素或卤化物促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂；使至少一部分促进的吸附剂与汞接触以形成汞-吸附剂组合物；和从含汞气体中分离至少一部分所述汞-吸附剂组合物。

实施方案44提供了制造碳纳米复合吸附剂的方法，其包括提供或获得碳前体；提供或获得基底材料；使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料；加热所述纳米复合原材料以提供碳纳米复合吸附剂。

实施方案45提供了通过实施方案44的方法制成的碳纳米复合吸附剂。

实施方案46提供了通过一种方法制成的促进的碳纳米复合吸附剂，所述方法包括通过使至少一部分实施方案45的吸附剂材料与卤素或卤化物促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂。

实施方案47提供了通过使实施方案45-46任一项的碳纳米复合吸附剂与含汞气体接触制成的汞-吸附剂组合物。

实施方案48提供了与汞或氧化汞接触的实施方案45-47任一项的碳纳米复合吸附剂。

实施方案49提供了通过一种方法制成的促进的碳纳米复合吸附剂，所述方法包括通过使至少一部分碳纳米复合吸附剂材料与卤素或卤化物促进剂化学反应来促进吸附剂材料的所述部分，从而形成促进的吸附剂。

实施方案50提供了实施方案1-49任一项或任何组合的装置或方法，其任选构造成使得所叙述的所有要素或选项都可供使用或选择。

Claims (14)

1.一种用于降低含污染物气体的污染物含量的方法，所述方法包括：

提供或获得碳纳米复合吸附剂材料，其包括

提供或获得包含碳水化合物的碳前体，

提供或获得基底材料，

使所述碳前体与所述基底材料接触以提供纳米复合原材料，和

加热该纳米复合原材料，以提供所述碳纳米复合吸附剂；

提供或获得卤素或卤化物促进剂；

通过至少一部分吸附剂材料与卤素或卤化物促进剂化学反应促进该部分吸附剂材料以形成促进的吸附剂；

使至少部分促进的吸附剂与所述污染物接触以形成污染物-吸附剂组合物；和

从含污染物气体分离至少一部分所述污染物-吸收剂组合物以提供清洁气体。

2.权利要求1的方法，其中所述污染物是汞。

3.权利要求2的方法，其中所述促进的吸附剂与所述含汞气体中存在的至少70重量%的汞结合。

4.权利要求1的方法，其中促进包括向气流中以一定注射速率注入碳纳米复合吸附剂材料和以一定注射速率单独注入至少一种促进剂，由此飞行中的反应产生促进的吸附剂，其中所述促进剂选自分子卤素、卤化物及其组合，其中所述促进剂在气相中或作为蒸气反应，其中每100克碳纳米复合吸附剂材料加入1至30克促进剂。

5.权利要求1的方法，其中所述碳前体包含红糖、麦芽糖、焦糖、蔗糖、玉米糖浆、糖蜜、淀粉、或糖废品。

6.权利要求1的方法，其中所述基底材料包含硅藻土、粘土、沸石或矿物。

7.权利要求1的方法，其中从含污染物的气体中分离至少一部分所述污染物-吸附剂组合物包括从所述含污染物气体分离颗粒物，该颗粒物包含至少一部分所述污染物-吸附剂组合物。

8.权利要求1的方法，还包括降低含污染物的气体中的SO₂或SO₃的浓度。

9.权利要求1的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂是包含蒸气形式、固体形式、在溶剂中或其组合的形式。

10.权利要求1的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂包含第V族卤化物、第VI族卤化物或其混合物中的至少一种。

11.权利要求1的方法，其中促进剂前体转化成与所述吸附剂反应的卤素或卤化物促进剂。

12.权利要求1的方法，其中所述卤素或卤化物促进剂是NH₄Br、NaBr、CaBr₂、HBr、NaCl、CaCl₂或HCl。

13.权利要求1的方法，其中所述接触在气相、液相或其组合中发生。

14.降低含汞气体的汞含量的方法，所述方法包括：

提供或获得碳纳米复合吸附剂，其包括：

提供或获得包含碳水化合物的碳前体；

提供或获得基底材料；

使碳前体和基底材料接触以提供纳米复合原材料；和

加热所述纳米复合原材料以提供碳纳米复合吸附剂；

提供或获得卤素或卤化物促进剂；

通过使至少一部分吸附剂材料与所述卤素或卤化物促进剂化学反应来促进该部分吸附剂材料，从而形成促进的吸附剂；

使至少一部分促进的吸附剂与汞接触以形成汞-吸附剂组合物；和

从含污染物气体中分离至少一部分所述汞-吸附剂组合物。