CN105688832A - 一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，是以烟草为原料，依次进行的干燥粉碎，碳化、冷却、浸渍、干燥和低温等离子处理等步骤。本发明制取的烟草焦比其他生物质焦具有更丰富的孔隙结构，而且制作工艺简单，直接使用低温等离子体改性，成本低廉，脱汞效果更好。

Description

一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种吸附剂的制备方法，具体涉及一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法。
背景技术
汞是一种自然生成的全球性循环元素，它对生态环境和人体健康有着严重的危害作用，直到20世纪50年代震惊世界的水俣病发生后才逐渐引起人们的广泛关注，许多国家都已经对汞污染源的排放制定了较为明确的排放政策。
大气中的汞污染主要由煤炭燃烧等排放造成，其中燃煤电厂是最主要的汞排放源。许多研究一致表明，在燃烧过程中几乎所有汞都以单质汞(Hg0)形式在锅炉中存在；当温度降低至600℃，Hg0与烟气中其他成分发生反应转化成二价汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)；最终燃煤电厂烟气中的汞主要以单质汞、二价汞和颗粒态汞三种形式存在。其中Hg2+具有可溶性，容易被湿法脱硫装置脱除，Hgp可由静电除尘等设备脱除；而Hg0因熔点低、易挥发和难溶于水等性质，很难通过现有脱除装置从烟气中除去，这意味着它可以在全球传播，从而导致全球汞污染。因此目前国内外对于燃煤脱汞技术的研究多集中于烟气中单质汞的脱除。
汞的脱除主要是对燃烧后的烟气进行控制，目前最有效的脱汞技术主要是利用吸附剂脱汞和利用燃煤电站现有大气污染物控制设备脱汞。利用吸附剂脱汞是近年来研究的热点，其中活性炭是应用范围最广、研究最多的吸附剂。但活性炭的价格较高，增加了烟气脱汞应用的成本，寻找廉价，高效的新型烟气脱汞吸附剂成为能源与环境领域的焦点之一。
生物质焦同样具有巨大的比表面积、丰富的孔径结构和重要的表面官能团，且价格低廉。但直接使用原始焦作吸附剂脱汞的效率较低、经济性较差，通常的做法是对生物质焦进行各种改性来提高其脱汞的化学活性，改性方法主要有负载改性剂和利用双氧水氧化等。这不但增加了改性成本，也不能较好的满足实际脱汞应用要求。因此，基于上述不足和需求，本发明的目的是提供一种脱汞效率高，制作成本低的新型改性脱汞吸附剂。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤
步骤1，将烟草干燥并粉碎成细颗粒；
步骤2，碳化，将细颗粒置入600～1000℃的水平管式电热解炉中，在氮气气氛下碳化20min～2h；
步骤3，冷却，在氮气气氛下，通过水冷方式将碳化产物快速冷却至150℃以内，获得焦样；
步骤4，浸渍，把焦样放入浓度为5％～20％的盐酸酸溶液中浸渍2～5h，然后将浸渍后的焦样清洗至中性；
步骤5，将清洗后的焦样过滤并干燥，平铺置入低温等离子体发生器的下级板上；
步骤6，调整低温等离子体发生器的两极板间距至10～40mm；
步骤7，在低温等离子体发生器中通入活化气体，再将低温等离子体发生器内部气压抽至2000～2500Pa；
步骤8，调整低温等离子体发生器两极板间的工作功率，样品在活化气体气氛下处理1～30min，放电结束后取出焦样，即得高脱汞效率的改性烟草焦吸附剂。
作为优选，所述细颗粒的粒径小于2mm。
作为优选，所述步骤7中的活化气体是氮气、氧气或空气中的一种或几种。
作为优选，所述活化气体是氮气。
作为优选，所述步骤6中低温等离子体发生器的两极板间距为30mm。
作为优选，所述步骤8中低温等离子体发生器两极板间的工作功率为50W，处理时间是5min。
有益效果：
1、相比其他生物质，烟草自身含有丰富的碱金属K和碱土金属元素Ca，使制取的烟草焦比其他生物质焦具有更丰富的孔隙结构。
2、相比其他活性炭和生物质改性焦，烟草改性焦的制作工艺简单，直接使用低温等离子体改性，成本低廉，且脱汞效果更好。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将在实施例中做进一步详细的说明。
具体实施方式
实施例1：
取一定量干燥粉碎成小于2mm粒径的烟草颗粒，快速置入温度加热到800℃的水平管式电热解炉中，在氮气气氛下碳化1h；碳化完成后，在氮气气氛下，通过水冷方式快速冷却至100℃取出。把焦样放入浓度为20％的盐酸酸溶液中浸渍2h，然后对其清洗至中性；过滤并干燥焦样，平铺置入低温等离子体发生器的下级板上；调整低温等离子体发生器的两极板间距至30mm；在低温等离子体中通入纯氮气气体，再将低温等离子体发生器内部气压抽至2000～2500Pa；调整低温等离子体发生器两极板间的工作功率为50W，样品在纯氮气气氛下处理5min，放电结束后取出焦样，即得高效脱汞改性烟草焦吸附剂。称取50mg的改性烟草焦，与粉末二氧化硅按照1∶10的比例混合均匀，置入固定床中铺平，吸附剂层厚为5mm，在固定床吸附性能测试装置上验证其吸附性能。测试时利用2L/min纯氮气作载气，固定床入口汞蒸气浓度为39ug/m3，固定床吸附环境温度为150℃，使用VM-3000在线测汞仪(德国MercuryInstrument公司生产)在线测定烟气中汞浓度。测试结果表明，氮气气氛下等离子改性的烟草焦在前半个小时内对汞的平均吸附脱除率为91.7％，前1个小时内对汞的平均吸附脱除率为前86.3％，前2个小时内对汞的平均吸附脱除率为前77.4％，2h内每克改性焦吸附剂的吸附汞容量为144.8ug/g，显著优于未改性烟草焦，如表1所示。
实施例2：
取一定量干燥粉碎成小于2mm粒径的烟草颗粒，快速置入温度加热到800℃的水平管式电热解炉中，在氮气气氛下碳化1h；碳化完成后，在氮气气氛下，通过水冷方式快速冷却至100℃取出。把焦样放入浓度为20％的盐酸酸溶液中浸渍2h，然后对其清洗至中性；过滤并干燥焦样，平铺置入低温等离子体发生器的下级板上；调整低温等离子体发生器的两极板间距至30mm；在低温等离子体中通入纯氧气气体，再将低温等离子体发生器内部气压抽至2000～2500Pa；调整低温等离子体发生器两极板间的工作功率为50W，样品在纯氧气气氛下处理5min，放电结束后取出焦样，即得高效脱汞改性烟草焦吸附剂。同样采用案例1中在固定床吸附性能测试装置上验证其吸附脱汞性能。测试结果表明，氮气气氛下等离子改性的烟草焦在前半个小时内对汞的平均吸附脱除率为85.3％，前1个小时内对汞的平均吸附脱除率为前81.6％，前2个小时内对汞的平均吸附脱除率为前76.3％，2h内每克改性焦吸附剂的吸附汞容量为142.1ug/g，如表1所示。
实施例3：
取一定量干燥粉碎成小于2mm粒径的烟草颗粒，快速置入温度加热到800℃的水平管式电热解炉中，在氮气气氛下碳化1h；碳化完成后，在氮气气氛下，通过水冷方式快速冷却至100℃取出。把焦样放入浓度为20％的盐酸酸溶液中浸渍2h，然后对其清洗至中性；过滤并干燥焦样，平铺置入低温等离子体发生器的下级板上；调整低温等离子体发生器的两极板间距至30mm；在低温等离子体中通入纯氧气气体，再将低温等离子体发生器内部气压抽至2000～2500Pa；调整低温等离子体发生器两极板间的工作功率为50W，样品在纯氧气气氛下处理10min，放电结束后取出焦样，即得高效脱汞改性烟草焦吸附剂。同样采用案例1中在固定床吸附性能测试装置上验证其吸附脱汞性能。测试结果表明，氮气气氛下等离子改性的烟草焦在前半个小时内对汞的平均吸附脱除率为84.1％，前1个小时内对汞的平均吸附脱除率为前78.9％，前2个小时内对汞的平均吸附脱除率为前71.4％，每克改性焦吸附剂的吸附汞容量为133.7ug/g，如表1所示。
表1在不同条件下低温等离子体改性后烟草焦脱汞特性

Claims (6)

1.一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，将烟草干燥并粉碎成细颗粒；
步骤2，碳化，将细颗粒置入600～1000℃的水平管式电热解炉中，在氮气气氛下碳化20min～2h；
步骤3，冷却，在氮气气氛下通过水冷方式将碳化产物快速冷却至150℃以内，获得焦样；
步骤4，浸渍，把焦样放入浓度为5％～20％的盐酸酸溶液中浸渍2～5h，然后将浸渍后的焦样清洗至中性；
步骤5，将清洗后的焦样过滤并干燥，平铺置入低温等离子体发生器的下级板上；
步骤6，调整低温等离子体发生器的两极板间距至10～40mm；
步骤7，在低温等离子体发生器中通入活化气体，再将低温等离子体发生器内部气压抽至2000～2500Pa；
步骤8，调整低温等离子体发生器两极板间的工作功率，样品在活化气体气氛下处理1～30min，放电结束后取出焦样，得到高脱汞效率的改性烟草焦吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述细颗粒的粒径小于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤6中低温等离子体发生器的两极板间距为30mm。
4.根据权利要求1所述的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤7中的活化气体是氮气、氧气或空气中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述活化气体是氮气。
6.根据权利要求1所述的一种低成本改性烟草焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤8中低温等离子体发生器两极板间的工作功率为50W，处理时间是5min。
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