CN106732355B - 固态吸附剂碘改性装置及改性方法和碘改性固态吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本发明的提供了固态吸附剂碘改性装置及改性方法和碘改性固态吸附剂。本发明所述装置可以通过关闭球阀形成封闭系统，从而在封闭条件下进行碘改性反应，同时加热过程中升华的碘单质也不会扩散到大气中。同时，本发明方法中，将单质碘在封闭条件下加热升华后与吸附剂反应，从而实现对吸附剂的改性，具有制备方法便捷且无污染，同时所制得的碘改性吸附剂对于重金属元素吸附效果好等优点。进一步的，由本发明方法所制得的碘改性固态吸附具有较强的氧化性，能够有效吸附一些还原性物质，尤其是对汞、铅、砷、镉等重金属单质，有很好的吸附效果。

Description

固态吸附剂碘改性装置及改性方法和碘改性固态吸附剂
技术领域
本发明涉及吸附剂领域，具体而言，涉及固态吸附剂碘改性装置及改性方法和碘改性固态吸附剂。
背景技术
燃煤能够为生产或日常生活带来大量能量以及热量，然而，在燃烧放热的同时，煤燃烧也带来了严重的大气污染以及温室气体排放，煤在燃烧过程中所产生的烟气中不仅含有酸性气体污染物，同时也含有易挥发的污染元素Hg、As等。这些重金属污染物进入人类的食物链中后，会对人体的免疫、神经以及循环系统造成不可逆的伤害，危害极大。
采用合适的吸附剂将烟气中所含重金属元素脱除，也就成了解决由于燃煤所带来的重金属污染问题的关键。而为了提高或控制吸附剂的性能，而对对吸附剂进行各种改性，也是吸附剂研究的一个重要方向。
以脱汞所用的吸附剂为例，目前主要采用的是美国已经工业化了的氯化物或溴化物改性的配方。其主要原理是利用卤化物中存在的卤素单质对汞的氧化性，从而将单质汞转变为氧化态汞，使其更容易的与吸附剂结合，并被脱除。
然而，一方面，现有的吸附剂改性都是需要采用将吸附剂浸渍于卤盐中进行改性的方法，但这种方法不仅需要对浸渍改性后的吸附剂晒干，还需要进一步烘干处理才能够使用，这就需要较高的运行成本和较长的运行周期；同时，氯化物和溴化物改性的吸附剂在实际使用中，其效果仍然不算十分理想。
另一方面，现有的吸附剂改性都是在开放环境中进行的，改性的过程本身也会产生一定的污染，废弃原料处理不当也会污染环境。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种固态吸附剂碘改性装置，所述装置可以通过关闭球阀形成封闭系统，从而在封闭条件下进行碘改性反应，同时加热过程中升华的碘单质也不会扩散到大气中。
本发明的第二目的在于提供一种固态吸附剂碘改性方法，本发明方法中，将单质碘在封闭条件下加热升华后与吸附剂反应，从而实现对吸附剂的改性，具有制备方法便捷且无污染，同时所制得的碘改性吸附剂对于重金属元素吸附效果好等优点。
本发明的第三个目的在于提供一种碘改性固态吸附剂，本发明剂碘改性固态吸附具有较强的氧化性，能够有效吸附一些还原性物质，尤其是对汞、铅、砷、镉等重金属单质，有很好的吸附效果。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种固态吸附剂碘改性装置，所述装置包括顶盖、球阀和改性舱；
其中，所述球阀设置于改性舱上端，所述顶盖与所述球阀以可拆卸方式连接。
可选的，本发明中，所述顶盖与所述球阀通过螺纹或者卡口连接。
同时，本发明还提供了一种固态吸附剂碘改性的方法，所述方法包括如下步骤：
取下顶盖并打开球阀，然后将碘单质投入改性舱中，接着关闭球阀；
取下顶盖的固态吸附剂碘改性装置进行加热，并保温；
将吸附剂装入顶盖中；
停止对除去顶盖的固态吸附剂碘改性装置的加热保温，并将装置倒置，然后将装有吸附剂的顶盖与球阀连接；
将重新连接顶盖的装置正置，打开球阀，并使得吸附剂与碘在振荡条件下反应；
反应结束后，再次将装置倒置，并使得反应后的吸附剂通过球阀落入顶盖中；
关闭球阀，并取下顶盖，然后收集反应后的吸附剂，即为碘改性吸附剂。
可选的，本发明中，所述单质碘和吸附剂的质量比为(0.01～2.5)：100。
可选的，本发明中，所述单质碘和吸附剂的质量比为(0.1～0.5)：100。
可选的，本发明中，所述加热的温度为大于等于80℃。
可选的，本发明中，所述吸附剂与碘在振荡条件下反应具体为：晃动固态吸附剂碘改性装置，并使得吸附剂与碘接触反应。
可选的，本发明中，所述吸附剂为粉末状吸附剂或颗粒状吸附剂。
可选的，本发明中，所述吸附剂为飞灰、硅藻土或者活性炭中的一种或几种的混合吸附剂。
同样的，本发明还提供了由本发明所述方法制得的碘改性吸附剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明固态吸附剂在封闭环境中进行碘改性，从而不仅可以避免敞开环境条件下反应可能带来的污染，同时还能够使得吸附剂与碘充分接触反应，提高反应效率；进一步的，本发明中采用单质碘进行吸附剂的改性，而这种碘单质改性相较于卤素化合物改性而言，改性效果更好；
(2)通过碘改性，可以使得改性后的吸附剂具有一定的氧化性能，并对对烟气中的重金属元素有良好的吸附效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明固态吸附剂碘改性装置；
其中，1-顶盖，2-球阀，3-改性舱。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
传统的吸附剂改性，大多采用卤素化合物进行改性。而本发明方法中，所采用的是单质碘改性。与传统方法相较而言，本发明所用的碘单质改性方法在对单质汞的氧化方面有着更显著的优势；
一方面，由路易斯酸碱理论可知，碘单质对汞的氧化性本身就强于同一主族的氯或溴单质，因而采用碘改性能够有效提高吸附剂的氧化性；
另一方面，本发明采用的配方是碘单质，而不是碘的化合物，相当于100％的氧化剂，相比采用卤化物的配方而言，更有显著的优势。
本发明基于上述考虑，开发了一种利用碘单质对于吸附剂进行改性的方法。
首先，对于改性所用装置，考虑到碘单质加热会发生升华，为了避免原料的损失以及对环境可能造成的污染，因而本发明创新型的使用了一个能够封闭的装置，进行改性反应。
具体的，所述装置由顶盖、球阀和改性舱组成；
其中，所述顶盖为中空结构，将顶盖倒置后，中空的顶盖结构就可以成为一个容器，可以用以放置原料固态吸附剂，同样也可以放置改性后产物；同时，所述顶盖与球阀可拆卸连接，例如顶盖可以与球阀卡接或者螺接；
所述球阀可以转动，在顶盖与球阀连接时，可以通过转动球阀使得顶盖与改性舱连接或者断开；当将顶盖从球阀上卸下后，也可以通过转动球阀而使得改性舱能够与大气环境接触或者使得改性舱处于封闭的状态；
所述改性舱为固态吸附剂与碘单质反应改性的腔体。
然后，就是进行具体的改性操作，本发明对固态吸附剂的改性主要是利用加热条件下碘单质升华的特性，并在封闭条件下将吸附剂与碘单质反应，完成吸附剂的改性。
具体的，首先是对于原料吸附剂和碘单质的称量，碘单质和吸附剂的质量比例为(0.01～2.5)：100；优选的，碘单质和吸附剂的质量比例为(0.1～0.5)：100，例如，碘单质和吸附剂的质量比例可以为，但不限于0.2:100,0.3:100,0.4:100或者0.5:100等。进一步的，还可以根据吸附剂的工作环境，例如温度、吸附质、或吸附质的分压等条件，对原料比例进行进一步的调整和优化。
在具体的改性反应过程中，首先是将装置的顶盖取下，然后再将原料单质碘通过开启的球阀装入改性舱中；
接着，将球阀关闭，并在改性舱封闭的情况下，对装置进行加热，加热的温度优选的为大于等于80℃，例如可以为，但不限于90、100、110或者120℃等，并使得原料单质碘能够充分吸热升华；同时，为了保证碘单质在反应前都处于气态，所以需要进一步对装置进行保温加热；
然后，是将顶盖倒置，并将原料吸附剂装载于顶盖倒置所形成的容器中；接着，停止对装置(未安装顶盖)的保温加热，并在将装置倒置后，迅速的将顶盖紧密连接与球阀上，此时，装置内的碘单质仍为气态；
再然后，将重新连接了顶盖的装置正置，接着将球阀打开，联通顶盖与改性舱，并形成由顶盖、球阀以及改性舱所组成的封闭体系；然后，在室温条件下，通过不停的晃动装置，从而使得吸附剂能够与气态的碘混合反应；
最后，在反应结束后，再次将装置倒置，并使得产物进入顶盖导致所形成的容器中；然后，关闭球阀，使得改性舱与顶盖断开联通，接着将顶盖从球阀上拆下，并收集顶盖中所得产物即为碘改性吸附剂；
拆下顶盖的装置随后即可以正置放置，但必须保证放置过程中球阀处于关闭状态，从而避免改性舱中气态或者固态的碘单质逸散到空气中并造成污染。
进一步的，本发明所述固态吸附剂碘改性的方法具体如下：
(1)取下顶盖；
(2)打开球阀，
(3)将改性所用碘单质投入改性舱中；
(4)关闭球阀；
(5)将取下顶盖的固态吸附剂碘改性装置加热至大于等于80℃，并保温；
(6)将要进行碘改性的吸附剂全部投入顶盖中；
其中，碘单质和吸附剂的质量比例为(0.01～2.5)：100；
(7)停止对除去顶盖的固态吸附剂碘改性装置的加热保温，并将装置倒置，然后将装有吸附剂的顶盖与球阀连接；
(8)将重新连接顶盖的装置正置，打开球阀；
(9)晃动固态吸附剂碘改性装置，并使得吸附剂与碘在振荡条件下反应；
(10)反应结束后，再次将装置倒置，并使得反应后的吸附剂通过球阀落入顶盖中；
(11)关闭球阀，并取下顶盖，然后收集反应后的吸附剂，即为碘改性吸附剂。
最后，本发明所制得的碘改性吸附剂，由于经过了碘改性，从而使得所制得的吸附剂具有了一定的氧化能力，并能有效吸附一些还原性物质，尤其是对汞、铅、砷、镉等重金属单质，有着很好的吸附效果。
实施例1
按照质量克数比0.5:100，分别称取适量碘单质和飞灰吸附剂，然后，按照如下所述方法，在如图1所示固态吸附剂碘改性装置中，制备碘改性飞灰吸附剂：
(1)取下顶盖1；
(2)打开球阀2，
(3)将改性所用碘单质投入改性舱3中；
(4)关闭球阀2；
(5)将取下顶盖1的固态吸附剂碘改性装置加热至90℃，并保温；
(6)将要进行碘改性的吸附剂全部投入顶盖1中；
(7)停止对除去顶盖1的固态吸附剂碘改性装置的加热保温，并将装置倒置，然后将装有吸附剂的顶盖1与球阀2连接；
(8)将重新连接顶盖1的装置正置，打开球阀2；
(9)晃动固态吸附剂碘改性装置，并使得吸附剂与碘在振荡条件下反应；
(10)反应结束后，再次将装置倒置，并使得反应后的吸附剂通过球阀2落入顶盖1中；
(11)关闭球阀2，并取下顶盖1，然后收集反应后的吸附剂，即为实施例1的碘改性飞灰吸附剂。
实施例2
按照质量克数比0.5:100，分别称取适量碘单质和活性炭吸附剂，然后，按照实施例1中所述方法，并在如图1所示固态吸附剂碘改性装置中，制得实施例2的活性炭吸附剂。
效果例1
分别称取适量实施例1和实施例2的改性吸附剂，并进行重金属吸附实验。
具体的，可以分别将实施例1和实施例2的改性吸附剂分别在实验室进行脱汞效率的精确测试。测试所用的汞源浓度是10μg/g，测试温度为50℃。
测试结果显示，实施例1的碘改性飞灰吸附剂对汞的吸附量约为70ug/g；同时，采用采用相同的测试方法，对于未进行改性的飞灰吸附剂行吸附测试，测试结果显示其吸附容量约为2.5ug/g。
测试结果显示，实施例2的碘改性活性炭吸附剂对汞的吸附量约为5000μg/g；同时，采用采用相同的测试方法，卤化物改性的活性炭吸附剂进行吸附测试，测试结果显示其吸附容量约为3000ug/g。
由上述测试结果可知，相较于未改性和氯化物改性的吸附剂而言，经过本发明所述方法改性的固态吸附剂在对重金属元素的吸附能力上有着显著的提升。
本发明利用碘单质的升华特性，在特制的设备中，对固态吸附剂进行碘改性，赋予吸附剂一定的氧化性，从而改变其吸附特性。本发明工艺简单，成本低廉，所用到的设备结构简单，易于加工。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种固态吸附剂碘改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
取下顶盖并打开球阀，然后将碘单质投入改性舱中，接着关闭球阀；
将取下顶盖的固态吸附剂碘改性装置进行加热，使得原料碘单质能够充分吸热升华，并保温；
将吸附剂装入顶盖中；
停止对取下顶盖的固态吸附剂碘改性装置的加热保温，并将装置倒置，然后将装有吸附剂的顶盖与球阀连接；
将重新连接顶盖的装置正置，打开球阀，并使得吸附剂与碘在振荡条件下反应；
反应结束后，再次将装置倒置，并使得反应后的吸附剂通过球阀落入顶盖中；
关闭球阀，并取下顶盖，然后收集反应后的吸附剂，即为碘改性吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在固态吸附剂碘改性装置中进行；
所述固态吸附剂碘改性装置包括顶盖、球阀和改性舱；
其中，所述球阀设置于改性舱上端，所述顶盖与所述球阀以可拆卸方式连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述顶盖与所述球阀通过螺纹或者卡扣连接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碘单质和吸附剂的质量比为(0.01～2.5)：100。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碘单质和吸附剂的质量比为(0.1～0.5)：100。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为大于等于80℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附剂与碘在振荡条件下反应具体为：晃动固态吸附剂碘改性装置，并使得吸附剂与碘接触反应。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附剂为粉末状吸附剂或颗粒状吸附剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述吸附剂为飞灰、硅藻土或者活性炭中的一种或几种的混合吸附剂。
10.根据权利要求1-9中任一项所述方法制得的碘改性吸附剂。
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Kinetic studies of mercury adsorption in activated carbon modified by iodine steam vapor deposition method;Longchun Zhong,et al;《Fuel》;20161013;第188卷;文章第344页第2节

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