CN106000275A - 一种吸附剂、其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种吸附剂的制备方法，其是将磁性颗粒、溶剂与改性剂混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂。本申请还提供了一种吸附剂，包括磁珠颗粒与改性剂，所述改性剂负载于所述磁珠颗粒表面。本申请还提供了所述吸附剂在富氧燃烧烟气中脱汞的应用。本申请制备的吸附剂以磁珠颗粒作为载体，改性剂负载于磁珠颗粒表面，由于改性剂中含有卤素，能够有效的与单质汞发生化学反应，使单质汞通过化学吸附稳定的吸附于吸附剂上，而Fe3+能够将单质汞氧化，氧化态汞可溶于水，被WFGD系统脱除，从而达到脱除烟气中单质汞的目的；并且吸附汞后的吸附剂可通过磁选技术从飞灰中分离出来，吸附剂回收率达90％以上。

Description

一种吸附剂、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及富氧燃烧烟气中汞控制技术领域，尤其涉及一种吸附剂、其制备方法及其应用。
背景技术
富氧燃烧(O2/CO2燃烧)技术是一种能够捕获燃煤烟气中CO2的有效方式。由于烟气循环，富氧燃烧烟气中汞的含量通常远高于传统的空气燃烧烟气。汞是一种神经毒物，具有极强的累积性和不可逆性，对人类健康威胁很大。另外，烟气中存在的汞能与铝制CO2压缩装置发生汞齐，造成上述装置的腐蚀。因此，为了实现对高浓度CO2的压缩存储和利用，必须有效脱除烟气中的汞以保护CO2压缩装置。
国内外汞排放控制技术的研究主要集中在三个方面：燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后烟气脱汞，其中以燃烧后脱汞技术的研究最广泛。活性炭喷射技术是国际上公认为的最为有效的燃煤烟气汞释放控制技术。然而，与传统的燃烧方式相比，富氧燃烧烟气中SO2和H2O的含量大幅增加，活性炭吸附剂对汞的脱除性能会受到烟气组分，尤其是SO2和H2O的严重干扰。因此，该技术不能被直接应用于富氧燃烧烟气中汞的脱除。
利用高效吸附材料脱除烟气中的汞是当前最有前景的技术，为了更好地提高去除效果，对于脱汞吸附材料的研究主要集中在改变原材料、采用不同的活化方法、不同的改性剂和改性方法等方面。常规吸附剂在应用过程中，同样会受到诸如吸附剂的回收、汞的二次释放污染以及运行成本等因素的限制。因此，亟需开发一种适用于富氧燃烧烟气的汞脱除的吸附剂。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种吸附剂的制备方法。本申请制备的吸附剂可高效脱除富氧燃烧烟气中单质汞。
有鉴于此，本申请提供了一种吸附剂的制备方法，包括：
将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂，所述改性剂为卤化铁。
优选的，所述改性剂为溴化铁。
优选的，在所述混合之前还包括：
将磁珠颗粒采用磁选机选取，再研磨后进行筛选。
优选的，每升溶剂中所述磁珠颗粒的含量为0.04～0.1kg，所述溶剂为水。
优选的，所述改性剂与所述磁珠颗粒的质量比为(0.01～0.1)：1。
本申请还提供了一种吸附剂，包括磁珠颗粒与改性剂，所述改性剂负载于所述磁珠颗粒表面，所述改性剂为卤化铁。
优选的，所述改性剂为溴化铁。
优选的，所述改性剂与磁珠颗粒的质量比为(0.01～0.1)：1。
优选的，所述吸附剂的粒径为200目。
本申请还提供上述方案所述的制备方法所制备的吸附剂或上述方案所述的吸附剂在富氧燃烧烟气中脱汞的应用。
本申请提供了一种吸附剂的制备方法，其是将磁性颗粒、溶剂与改性剂混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂。本申请制备的吸附剂以磁珠颗粒作为载体，改性剂负载于磁珠颗粒表面，由于改性剂中含有卤素，能够有效的与单质汞发生化学反应，使单质汞通过化学吸附稳定的吸附于吸附剂上，而Fe3+能够将单质汞氧化(2Fe3++Hg0＝2Fe2++Hg2+)，氧化态汞可溶于水，被WFGD系统脱除，从而达到脱除烟气中单质汞的目的；并且吸附汞后的吸附剂可通过磁选技术从飞灰中分离出来，吸附剂回收率达90％以上。因此，本申请提供的吸附剂能够有效脱除富氧燃烧烟气中的单质汞，几乎不受烟气组分(SO2、H2O等)干扰，且吸附汞后的吸附剂易于从飞灰中磁选分离，能够有效解决吸附剂的回收再利用以及吸附汞后的吸附剂对飞灰的污染问题。另外，本申请采用飞灰中磁珠颗粒作为载体，属于燃煤固体废弃物资源化利用，成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例制备的吸附剂在不同实验工况下的脱汞效率曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种吸附剂的制备方法，包括：
将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂，所述改性剂为卤化铁。
本申请提供了一种吸附剂的制备方法，其利用飞灰中的磁珠颗粒作为吸附剂的载体，可实现废弃物再利用且利于磁珠颗粒的回收，同时制备的吸附剂是改性剂负载于磁珠颗粒表面，其中的改性剂可实现汞的有效脱除。
按照本发明，在制备吸附剂的过程中，直接将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合后搅拌，使改性剂负载于磁珠颗粒表面，实现对磁珠颗粒的改性。在此过程中，所述磁珠颗粒为本领域技术人员熟知的磁珠颗粒，对此本申请没有特别的限制。为了降低吸附剂的成本，本申请所述磁珠颗粒为飞灰中的磁珠颗粒，即磁珠颗粒属于燃煤固体废弃物。所述磁珠颗粒的主要矿物组成包括磁铁矿、赤铁矿与磁赤铁矿。本申请所述磁珠颗粒除了作为载体以外，本身含有的铁质组分也对单质汞具有一定的吸附与氧化作用。
在将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合之前本申请优选采用磁选机选取磁珠颗粒，并将其研磨后再用200目的标准筛筛选出磁珠颗粒。本申请每升所述溶剂中磁珠的含量为0.04～0.1kg。所述改性剂的质量与所述磁珠颗粒的质量优选为(0.01～0.1):1，更优选为(0.05～0.06)：1。随着改性剂与磁珠颗粒质量比的增加，负载到磁珠颗粒上的改性剂含量会相应增加，其脱汞性能也会增加，但是当改性剂与磁珠颗粒质量比例增大至一定程度时，再增加比例，则其脱汞性能反而降低，这是由于负载到磁珠颗粒上的改性剂过量，导致颗粒团聚，因此改性剂与磁珠颗粒的质量比不是任意的。本申请所述改性剂为卤化铁，所述卤化铁中含有卤素，能够与单质汞发生化学反应，而将单质汞脱除。本申请所述改性剂优选为溴化铁。为了避免引入杂质，所述溶剂优选为水。
所述改性剂与所述磁珠颗粒混合后，并不能保证改性剂完全负载于磁珠颗粒表面，因此溶剂中尚溶解有改性剂，需要将改性剂随溶剂过滤掉，得到过滤产物即为负载有改性剂的磁珠颗粒。最后将得到的过滤产物干燥，得到本申请的吸附剂。所述干燥的温度优选为80～120℃，所述干燥的时间优选为12～24h，在实施例中，所述干燥的温度优选为100℃，所述干燥的时间优选为12h。
本申请还提供了一种吸附剂，其包括磁珠颗粒与改性剂，所述改性剂负载于磁珠颗粒表面。
在所述吸附剂中，所述磁珠颗粒与改性剂的质量比优选为(0.01～0.1):1，更优选为(0.05～0.06)：1。所述改性剂为卤化铁，优选为溴化铁。
本申请还提供了上述方案所制备的或上述方案所述的吸附剂在富氧燃烧烟气中脱汞的应用。
本申请所述吸附剂用于脱除富氧燃烧烟气中的单质汞，具有高效脱除富氧燃烧烟气中的汞的特性，且可实现磁珠颗粒的回收与再利用。
本申请提供了一种吸附剂的制备方法，包括：将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂，所述改性剂为卤化铁。本申请采用化学浸渍法将对单质汞具有良好吸附性能的改性剂负载于载体表面，得到了一种吸附剂。本申请制备的吸附剂能够有效脱除富氧燃烧烟气中的单质汞，几乎不受烟气组分(SO2、H2O等)干扰，且吸附汞后的吸附剂易于从飞灰中磁选分离，能够有效解决吸附剂的回收再利用以及吸附汞后的吸附剂对飞灰的污染问题。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的吸附剂及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
采用磁选机将磁珠从飞灰中分离出来，经研磨后用200目的标准筛筛选出合适粒径的磁珠颗粒；称量1克FeBr3·6H2O于制备容器中，加入1L去离子水搅拌至完全溶解，随后在持续搅拌下在上述FeBr3水溶液中加入100克磁珠，常温下搅拌2小时后过滤，将过滤后的固体产物于100℃下干燥12小时，研磨至200目，得到FeBr3改性磁珠的单质汞磁性吸附剂，得到的吸附剂中改性剂与载体的质量比为0.6％。
将上述制备的单质汞磁性吸附剂进行富氧燃烧烟气脱汞性能评价，为检验烟气组分(SO2、H2O等)对脱汞性能的干扰，分别进行以下两组对照实验：
实验工况一：烟气组分为4％O2，70％CO2，50ug/m3Hg0，平衡气为N2，反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。实验结果如附图1所示，由图1可知，该吸附剂对单质汞的脱除效率为98.8％；
实验工况二：烟气组分为4％O2，70％CO2，10ppmHCl，2000ppmSO2，300ppmNO，50ug/m3Hg0，12％H2O，平衡气为N2，该烟气组分为典型富氧燃烧烟气组分浓度，反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。
实验结果如图1所示，图1中曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿一的脱汞效率曲线图，曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿二的脱汞效率曲线图，由图1可知，该吸附剂对单质汞的脱除效率达99.2％，由此表明，该吸附剂的脱汞性能几乎不受烟气组分的干扰。
将该吸附剂与飞灰按照质量比为1:20进行混合，然后采用磁选机将吸附剂磁选分离出来，吸附剂回收率达90％左右，因此可有效避免吸附汞后的吸附剂对飞灰的污染问题。
实施例2
采用磁选机将磁珠从飞灰中分离出来，经研磨后用200目的标准筛筛选出合适粒径的磁珠颗粒作为载体，称量5克FeBr3·6H2O于制备容器中，加入1L去离子水搅拌至完全溶解，随后在持续搅拌下在上述FeBr3水溶液中加入100克磁珠，常温下搅拌2小时后过滤，将过滤后的固体产物于100℃下干燥12小时，研磨至200目，得到FeBr3改性磁珠的单质汞磁性吸附剂，得到的吸附剂中改性剂与载体的质量比为4.2％。
将上述制备的单质汞磁性吸附剂进行富氧燃烧烟气脱汞性能评价，为检验烟气组分(SO2、H2O等)对脱汞性能的干扰，分别进行以下两组对照实验：
实验工况三：烟气组分为4％O2，70％CO2，50ug/m3Hg0，平衡气为N2，反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。
实验工况四：烟气组分为4％O2，70％CO2，10ppm HCl，2000ppmSO2，300ppm NO，50ug/m3Hg0，18％H2O，平衡气为N2，该烟气组分中H2O浓度高于典型富氧燃烧烟气，反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。
实验结果如附图1所示，图中■曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿三的脱汞效率曲线图，▲曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿四的脱汞效率曲线图，由图1可知，该吸附剂对单质汞的脱除效率达93.6％，即使在高H2O浓度的不利条件下该吸附剂仍表现出良好的脱汞性能。
将该吸附剂与飞灰按照质量比为1:20进行混合，然后采用磁选机将吸附剂磁选分离出来，吸附剂回收率达90％左右，因此可有效避免吸附汞后的吸附剂对飞灰的污染问题。
实施例3
采用磁选机将磁珠从飞灰中分离出来，经研磨后用200目的标准筛筛选出合适粒径的磁珠颗粒作为载体；称量10克FeBr3·6H2O于制备容器中，加入1L去离子水搅拌至完全溶解，随后在持续搅拌下在上述FeBr3水溶液中加入100克磁珠，常温下搅拌2小时后过滤，将过滤后的固体产物于100℃下干燥12小时，研磨至200目，得到FeBr3改性磁珠的单质汞磁性吸附剂，得到的吸附剂中改性剂与载体的质量比为7.1％。
将上述制备的单质汞磁性吸附剂进行富氧燃烧烟气脱汞性能评价，为检验烟气组分(SO2、H2O等)对脱汞性能的干扰，分别进行以下两组对照实验：
实验工况五：烟气组分为4％O2，70％CO2，50ug/m3Hg0，平衡气为N2。反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。
实验工况六：烟气组分为4％O2，70％CO2，10ppm HCl，3000ppmSO2，300ppm NO，50ug/m3Hg0，12％H2O，平衡气为N2，该烟气组分中SO2浓度高于典型富氧燃烧烟气，反应温度为140℃，为静电除尘器或布袋除尘器前烟气温度。
实验结果如附图1所示，图中●曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿五的脱汞效率曲线图，◆曲线为本实施例制备的吸附剂在实验工矿六的脱汞效率曲线图，由图1可知，该吸附剂对单质汞的脱除效率为99.2％。由图1可知，该吸附剂对单质汞的脱除效率达91.5％，即使在高SO2浓度的不利条件下，该吸附剂的脱汞性能仍未受到明显干扰。
将该吸附剂与飞灰按照质量比为1:20进行混合，然后采用磁选机将吸附剂磁选分离出来，吸附剂回收率达90％左右，因此可有效避免吸附汞后的吸附剂对飞灰的污染问题。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种吸附剂的制备方法，包括：
将溶剂、改性剂与磁珠颗粒混合后搅拌，再进行过滤，将得到的过滤产物干燥，得到吸附剂，所述改性剂为卤化铁。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂为溴化铁。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述混合之前还包括：
将磁珠颗粒采用磁选机选取，再研磨后进行筛选。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每升溶剂中所述磁珠颗粒的含量为0.04～0.1kg，所述溶剂为水。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂与所述磁珠颗粒的质量比为(0.01～0.1)：1。
6.一种吸附剂，其特征在于，包括磁珠颗粒与改性剂，所述改性剂负载于所述磁珠颗粒表面，所述改性剂为卤化铁。
7.根据权利要求6所述的吸附剂，其特征在于，所述改性剂为溴化铁。
8.根据权利要求6所述的吸附剂，其特征在于，所述改性剂与磁珠颗粒的质量比为(0.01～0.1)：1。
9.根据权利要求6所述的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂的粒径为200目。
10.权利要求1～5任一项所述的制备方法所制备的吸附剂或权利要求6～9任一项所述的吸附剂在富氧燃烧烟气中脱汞的应用。
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