CN106732347A - 一种用于燃煤电厂烟气脱汞sba‑15基载银吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA‑15基载银吸附剂的制备方法，属于环境保护及大气污染控制技术领域。制备步骤主要如下：将介孔二氧化硅SBA‑15加入到银氨溶液中，通过浸渍得到前躯体，然后通过惰性气氛下热还原得到SBA‑15基负载纳米银颗粒的脱汞吸附剂。该制备方法简单可靠，无银损失，无需使用还原剂，成本低廉，易于工业化应用。通过此方法制备的吸附剂比表面积相对较大，银颗粒保持纳米尺寸，脱汞效率高，脱汞容量高，再生简单，再生吸附剂脱汞效率和容量无明显损失，可以循环使用，应用成本较低。因此，该吸附剂是一种具有工业应用前景的脱汞材料。

Description

一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于环境保护及大气污染控制技术领域，涉及一种燃煤电厂烟气脱汞吸附剂的制备方法。
背景技术
燃煤汞污染是继燃煤硫和氮氧化物污染之后的又一大气污染问题，引起人们广泛关注。燃煤电厂被认为是最重要的人为汞排放源之一。根据我国环保部颁布的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)：自2015年1月1日起，我国燃煤电厂将执行0.03mg/m3的汞及其化合物排放限值。利用电厂现有的大气污染物控制设备实现汞的脱除在很大程度上取决于烟气中汞的形态分布。燃烧中汞的排放有三种形态：气相单质汞(Hg0)、气相氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(HgP)。氧化态汞由于具有水溶性可被湿法脱硫装置脱除，大部分颗粒态汞则可被静电除尘器或布袋除尘器脱除(取决于除尘效益)，而气相单质汞绝大部分会以气态的形式进入到大气中。因此，气相单质汞的高效脱除是控制燃煤烟气中汞排放的关键和难点。
传统的汞排放控制技术是主要采用活性炭喷射技术(ACI)，其脱汞效率既受到喷入量的影响，也受到烟气温度、成分以及自身特性的影响。由于活性炭对气体污染物吸附选择性差，难以再生和循环使用，造成其运行成本高昂，难以在燃煤电厂大规模应用。
利用贵金属如Pd，Pt，Au，Ag能与汞形成稳定的汞齐是有效捕集汞的另一途径，但需要合适的载体。介孔二氧化硅SBA-15是一种优良的载体，比表面积大，孔径均一，水热稳定性好，机械强度高，能在其介孔内负载贵金属纳米颗粒尤其是银颗粒，增加吸附汞的能力。研究表明，采用柠檬酸钠还原得到的负载纳米银颗粒的SBA-15吸附剂在150℃下其脱汞效率达到100％，而银汞齐在227℃以上可分解释放汞实现再生，由于此吸附剂可以再生和循环使用，大大降低其脱汞成本，具有一定的应用前景。但是由于其合成过程存在需要使用还原剂，银大量损失等问题，并且脱汞容量也相对较低(～60μg/g)，限制了其大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法。本发明合成方法简单可靠，无银损失，无需使用还原剂，成本低廉，易于工业化应用。并且，通过本方法制备的SBA-15基载银吸附剂脱汞效率和容量极高，温度适用广(50～200℃)，具有极大的应用前景。
一种上述用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一定量硝酸银溶解于水，加入氨水，制得银氨溶液，然后加入介孔二氧化硅SBA-15，搅拌，超声，静置，蒸干，筛分，得到前躯体；
(2)将上述前躯体置于管式炉中在惰性气体氛围下180～300℃下煅烧2～5小时，得到SBA-15基负载纳米银颗粒的脱汞吸附剂。
其中，步骤(1)中的氨水质量浓度为0.5％～15％；
步骤(1)中的超声时间为0.1～4小时；
步骤(1)中的静置时间为10～72小时；
步骤(1)中的蒸干温度为50～110℃；
步骤(2)的惰性气体气氛是氮气或者氩气。
本发明提供了一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，本发明具有以下优点和效果：
(1)吸附剂制备方法简单，稳定可靠，无需还原剂，可精确控制银的含量，合成成本相对低廉，适用于工业化大规模生产；
(2)合成的SBA-15载银吸附剂比表面积相对较大，银颗粒保持纳米尺寸，脱汞效率高，脱汞容量高，再生简单，再生吸附剂脱汞效率和容量无明显损失，因此可循环使用，应用成本低；
(3)本吸附剂工艺适应性和兼容性好，适合与除尘和脱硫设备串联使用，特别适合于具有脱硫和除尘设备的老企业扩展用于脱汞的升级改造，降低了设备安装和使用费用。
附图说明
图1为本发明SBA-15基载银吸附剂的制备流程示意图；
图2为SBA-15以及实施例1和2制备的吸附剂的XRD图；
图3为SBA-15以及实施例1制备的吸附剂的TEM、EDX图；
(图a，b是SBA-15的TEM图，图c，d是吸附剂的TEM图，图e是图d的放大图，图f是图d下半区域的暗场像，图g是吸附剂的EDX图,图h，i是银颗粒的HRTEM)
图4为吸附剂汞穿透测试示意图；
图5为吸附剂脱汞容量、脱汞效率测试示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所描述之范围。
各实施例中所使用的化学品均可通过公开商业途径获得。
实施例1
(1)将524.7mg硝酸银溶解于去离子水，滴加质量浓度为5％的氨水，直到棕色沉淀恰好溶解为止，制得银氨溶液，然后加入3g介孔二氧化硅SBA-15，搅拌后超声3小时，静置21小时，100℃下蒸干，筛分置100目，得到前躯体；
(2)将上述前躯体置于管式炉中，在250℃氮气氛围下煅烧4小时，得到载银量为10％的脱汞吸附剂。
首先进行了吸附剂的汞穿透测试(图5所示)，主要评价吸附剂在不同温度下瞬间吸附汞的能力，测试条件是：载气N2，流量为50ml/min，注射汞饱和蒸汽体积为200μL(25℃下)，吸附剂用量为30mg。测试结果表明，在50～200℃范围内，吸附剂吸附汞的效率为100％；
然后测量了吸附剂吸附汞的容量(图6所示)，测试条件：载气N2，流量为50ml/min，Hg°浓度为530μg/m3，吸附剂用量为30mg,测试温度为150℃。测试结果表明，汞穿透1％时其脱汞容量为11.9mg/g；
接着测试了吸附剂的再生性能，再生温度为300℃，流量200ml/min的N2吹扫吸附剂20分钟，然后进行吸附剂的汞穿透测试以及容量测试。测试温度为150℃，测试结果表明，5个循环内吸附剂脱汞能力无明显衰减；
最后将吸附剂置于模拟烟气的实验系统上进行脱汞性能测试(图6所示)。模拟烟气条件如下：5％O2,15％CO2,600ppmSO2,200ppm NO,4％H2O,20ppm HCl，Hg°浓度为125.3μg/m3，平衡气体为N2,流量为1L/min，吸附剂用量为15mg，测试时间1小时，测试温度为150℃。测试结果表明，其脱汞容量为459μg/g，平均脱汞效率为91.6％。
实施例2
(1)将248.5mg硝酸银溶解于去离子水，滴加质量浓度为1％的氨水，直到棕色沉淀恰好溶解为止，制得银氨溶液，然后加入3g介孔二氧化硅SBA-15，搅拌后超声1小时，静置30小时，60℃下蒸干，筛分置100目，得到前躯体；
(2)将上述前躯体置于管式炉中，在280℃氩气氛围下煅烧2小时，得到载银量为5％的脱汞吸附剂。
首先进行了吸附剂的汞穿透测试(图5所示)，主要评价吸附剂在不同温度下瞬间吸附汞的能力，测试条件是：载气N2，流量为50ml/min，注射汞饱和蒸汽体积为200μL(25℃下)，吸附剂用量为30mg。测试结果表明，在50～200℃范围内，吸附剂吸附汞的效率为100％；
然后测量了吸附剂吸附汞的容量(图6所示)，测试条件：载气N2，流量为50ml/min，Hg°浓度为530μg/m3，吸附剂用量为30mg，测试温度为150℃。测试结果表明，汞穿透1％时其脱汞容量为4.6mg/g；
接着测试了吸附剂的再生性能，再生温度为300℃，流量200ml/min的N2吹扫吸附剂20分钟，然后进行吸附剂的汞穿透测试以及容量测试。测试温度为150℃，测试结果表明，5个循环内吸附剂脱汞能力无明显衰减；
最后将吸附剂置于模拟烟气的实验系统上进行脱汞性能测试(图6所示)。模拟烟气条件如下：5％O2,15％CO2,600ppmSO2,200ppm NO,4％H2O,20ppm HCl，Hg°浓度为125.3μg/m3，平衡气体为N2,流量为1L/min，吸附剂用量为15mg，测试时间1小时，测试温度为150℃。测试结果表明，其脱汞容量为310.7μg/g，平均脱汞效率为62％。
上述各实施例对本发明进行了更详细的描述，不应将此理解为本发明的主题范围仅限于上述实施例。只要在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将一定量硝酸银溶解于水，加入氨水，制得银氨溶液，然后加入介孔二氧化硅SBA-15，搅拌，超声，静置，蒸干，筛分，得到前躯体；
(2)将上述前躯体置于管式炉中在惰性气体氛围下180～300℃下煅烧2～5小时，得到SBA-15基负载纳米银颗粒的脱汞吸附剂。
2.根据权利要求1所述一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的氨水质量浓度为0.5％～15％。
3.根据权利要求1所述一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的超声时间为0.1～4小时。
4.根据权利要求1所述一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的静置时间为10～72小时。
5.根据权利要求1所述一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的蒸干温度为50～110℃。
6.根据权利要求1所述一种用于燃煤电厂烟气脱汞SBA-15基载银吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)的惰性气体气氛是氮气或者氩气。
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