CN106492822A

CN106492822A - 低温高效脱除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基样品的制备方法

Info

Publication number: CN106492822A
Application number: CN201610858084.1A
Authority: CN
Inventors: 路培; 邢奕; 卿任鹏; 闫伯骏
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2017-03-15

Abstract

本发明提供一种低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，属于环境保护技术领域。该方法通过将改性活性焦、金属盐按照一定配比，以等体积浸渍法将金属盐均匀负载于改性活性焦上并在一定条件下煅烧从而得到低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的样品。该样品在低温条件下，对NO_x具有较优良的净化效率，同时能够高效脱除废气中的Hg⁰和VOCs。本方法工艺条件简单，原料廉价，可操作性强，适合大规模生产，具有很高的实用价值。

Description

低温高效脱除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基样品的制备方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别是指一种低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法。

背景技术

在大气污染控制技术领域中，由于火电厂、钢铁等生产过程中排放的燃煤废气中存在大量的氮氧化物（NOx）、元素汞（Hg）和挥发性有机物（VOCs），这三种污染物不仅严重危害了生态环境，而且给人们的身体健康带来了严重的威胁，因此高效脱除烟气中的NO_x、Hg和VOCs具有非常重要的环境和健康价值。

然而，目前燃煤废气中氮氧化物的脱除多通过选择性催化还原（SCR）或选择性非催化还原（SNCR）等方法进行，这些方法对烟气中存在的Hg和VOCs的脱除作用不大，这主要是因为元素汞中的零价汞（Hg⁰）较Hg²⁺等离子态汞更难脱除，而烟气中的汞多以Hg⁰存在。目前，废气中气态汞的净化，主要是通过活性炭注射技术（activated carbon injectiontechnologies），这种方法能够有效的脱除气态汞，然而该技术运行成本非常大，而且也不能同时有效的脱除废气中的氮氧化物以及VOCs等污染物。同时，可有效去除工业燃煤烟气中VOCs的活性炭固定床吸附法和催化燃烧技术分别存在竞争吸附而不利于多污染物同时脱除和脱除成本过高的缺点，从而影响了VOCs与NO_x和Hg⁰的同时脱除。

因此，同时脱除燃煤废气中的NO_x、Hg⁰和VOCs具有良好的社会价值和市场应用前景，因而开发出一种低温条件下能够高效脱硝脱汞，而且能够有效净化废气中VOCs的样品具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低温（160-320 ℃）高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，该方法通过将改性后的活性焦、金属盐溶液按照一定的比例和配比，以等体积浸渍法将金属盐均匀负载于改性活性焦上，然后将负载有金属盐的活性焦样品在一定条件下煅烧得到低温下可高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的样品。该样品在低温条件下，对NO_x具有极高的净化效率，同时能够高效的脱除混合气体中的Hg⁰和VOCs。

该方法具体步骤如下：

（1）将商用活性焦进行改性，得到试样的载体；

（2）将步骤（1）中得到的载体浸渍于一定质量浓度的金属盐溶液中，浸渍一定时间后，低温干燥；

（3）将步骤（2）干燥后的样品于惰性气氛下煅烧，制得脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品。

其中，步骤（1）中改性的方法为酸改性、碱改性或两者按不同顺序的组合改性；酸改性所用酸性溶液为下述至少一种：硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、醋酸；碱改性所用碱性溶液为下述至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠；改性所用酸和碱的浓度为0.1-10 M，优选为0.3-4 M，更优选为0.4-2 M，改性时间长度为0.5-72 h。

步骤（2）中金属盐溶液为下述至少一种：醋酸锰、醋酸镍、硝酸铈、硝酸铜、硝酸钴、硝酸镧；金属盐溶液质量浓度为1-40%，优选为2-30%，更优选为2-20%，浸渍时间0.5-48 h。

步骤（3）中惰性气氛的气体为下述气体中至少一种：氩气、氮气、二氧化碳；所述煅烧温度为200-750 ℃，煅烧时间为2-12 h；煅烧过程中，升温速度和降温速度均为1-30 ℃/min。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，原料来源广，制备工艺简单，负载物成本低，便于制备和推广；该样品低温下不仅对NO_x的净化效率高，而且能够协同高效脱除废气中的Hg⁰和VOCs。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种低温高效脱除NOx、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法。

实施例1：

将商品活性焦（AC）置于1 M的氢氧化钠中浸泡24 h, 之后于烘箱中80 ℃烘干。将干燥后的活性焦浸渍于质量分数分别为6%、5%和5%的硝酸钴、醋酸锰和硝酸铈的混合溶液中。浸渍24 h后于烘箱中80 ℃干燥，其后置于管式炉中，在氮气气氛下以5 ℃/min的速率升至450 ℃，恒温8 h后，自然冷却至室温。

将实施例1中得到的试样，取0.500 g为实验对象，以氮气为平衡气，在80 ^oC-360^oC的温度区间内，空速10000 /h、C_NO=1000 ppm、C_NH3=1000 ppm、C_voc（VOC以甲苯为例，下同）=300 ppm、氧气浓度=6%、C_Hg ⁰=50 μg/m³条件下，在220 ℃时，NO_x脱除率为90%，Hg⁰的脱除率为95%，VOCs脱除率为80%。

实施例2：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于金属盐溶液的质量分数为3%、5%和5%的硝酸钴、醋酸锰和硝酸铈的混合溶液中，其他条件以及测试条件与1相同，所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为88%，Hg⁰的脱除率为83%，VOCs脱除率为80%。与实施例1相比较差。

实施例3：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于金属盐溶液的质量分数为10%、20%和10%的硝酸钴、醋酸锰和硝酸铈的混合溶液中，其他条件以及测试条件与1相同，所述样品在220℃时，NO_x脱除率为82%，Hg⁰的脱除率为80%，VOCs脱除率为65%。与实施例1相比较差。

实施例4：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于金属盐溶液为质量分数为6%的硝酸钴、5%的硝酸铜和5%的硝酸铈的混合溶液，其他条件以及测试条件与1相同，所述试样在所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为85%，Hg⁰的脱除率为80%，VOCs脱除率为82%。与实施例1相比较差。

实施例5：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于金属盐溶液为质量分数为6%的硝酸钴、10%的硝酸铈，其他条件以及测试条件与1相同，所述试样在220 ℃时，NO_x脱除率为70%，Hg⁰的脱除率为85%，VOCs脱除率为80%，NO_x脱除率相差较大，Hg⁰的脱除率与实施例1相比稍有下降，VOCs脱除率与实施例1相当。

实施例6：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于将活性焦放置于1 M的盐酸中进行改性，其他条件以及测试条件与1相同，所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为85%，Hg⁰的脱除率为92%，VOCs脱除率为85%。NO_x脱除率与实施例1相比较差。Hg⁰的脱除率和VOCs脱除率与实施例1相比较好。

实施例7：

其他条件与实施例6相同，不同之处在于将活性焦放置于10 M的盐酸中进行改性，其他条件以及测试条件与6相同，所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为80%，Hg⁰的脱除率为85%，VOCs脱除率为78%。NO_x脱除率与实施例6相比较差。

实施例8：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，在处理过程中，往样品体系通入5%的水汽，所述试样在所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为70%，Hg⁰的脱除率为80%，VOCs脱除率为85%，NO_x脱除率和Hg⁰的脱除率与实施例1相比较差，VOCs脱除率与实施例1相比较好。

实施例9：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，在处理过程中，往催化体系通入200ppm的SO₂，所述试样在所样品述在220 ℃时，NO_x脱除率为92%，Hg⁰的脱除率为85%，VOCs脱除率为75%，NO_x脱除率与实施例1相比较有提升，Hg⁰的脱除率和VOCs脱除率与实施例1相比较差。

实施例10：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，在处理过程中，往催化体系通入600ppm的SO₂，所述试样在所样品述在220 ℃时，NO_x脱除率为72%，Hg⁰的脱除率为80%，VOCs脱除率为70%，NO_x脱除率、Hg⁰的脱除率和VOCs脱除率与实施例1相比较差。

实施例11：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于，在处理过程中，往催化体系同时通入5%的水气和200ppm的SO₂，所述试样在220 ℃时，NO_x脱除率为80%，Hg⁰的脱除率为85%，VOCs脱除率为90%，NO_x脱除率、Hg⁰的脱除率和VOCs脱除率与实施例1相比较差。

对比例1：

其他条件与实施例1相同，不同之处在于活性焦没有改性，其他条件以及测试条件与1相同，所述样品在220 ℃时，NO_x脱除率为80%，Hg⁰的脱除率为85%，VOCs脱除率为65%。氮氧化物脱除率、Hg⁰的脱除率和VOCs脱除率与实施例1相比较差。

通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的比较可见，当金属盐溶液为6%、5%、5%的硝酸钴、醋酸锰和硝酸铈的混合溶液时，脱硝脱汞以及VOCs的净化性能最佳。由实施例1、实施例6、实施例7与对比例1的比较可见，对活性焦的酸改性和碱改性均能对其负载活性组分后的性能有较大的改善，碱改性要稍微优于酸改性。由实施例1与实施例8的比较可见，催化系统中水平的存在会使得系统的催化性能稍有下降，其中水汽对脱硝性能的影响相比Hg⁰和VOCs的净化较明显。由实施例1与实施例9、实施例10的对比可见，少量的SO₂可以促进废气中NO_x的净化，对Hg⁰的脱除有轻度的抑制。由实施例1与实施例7、实施例8、实施例9、实施例11的比较可见，该样品在同时脱硫脱硝和净化VOCs的过程中对水气和SO₂具有一定的抗性。

综上所述，本发明中的样品在低温下具有优异的脱硝脱汞以及净化VOCs的性能。试样制备过程简单，原料廉价，具有很好的应用前景。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）将商用活性焦进行改性，得到试样的载体；

2.根据权利要求1所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中改性的方法为酸改性、碱改性或两者按不同顺序的组合改性；酸改性所用酸性溶液为下述至少一种：硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、醋酸；碱改性所用碱性溶液为下述至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠；改性所用酸和碱的浓度为0.1-10 M，改性时间长度为0.5-72 h。

3.根据权利要求2所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：改性所用酸和碱的浓度为0.3-4 M。

4.根据权利要求2所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：改性所用酸和碱的浓度为0.4-2 M。

5.根据权利要求1所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中金属盐溶液为下述至少一种：醋酸锰、醋酸镍、硝酸铈、硝酸铜、硝酸钴、硝酸镧；金属盐溶液质量浓度为1-40%，浸渍时间0.5-48 h。

6.根据权利要求5所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：金属盐溶液质量浓度为2-30%。

7.根据权利要求5所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：金属盐溶液质量浓度为2-20%。

8.根据权利要求1所述的低温高效脱除NO_x、Hg⁰和VOCs的活性焦基样品的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中惰性气氛的气体为下述气体中至少一种：氩气、氮气、二氧化碳；所述煅烧温度为200-750 ℃，煅烧时间为2-12 h；煅烧过程中，升温速度和降温速度均为1-30 ℃/min。