CN106975346A - 吸收剂溶液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体净化技术领域，具体涉及一种吸收剂溶液及其制备方法。该吸收剂溶液中的SO2吸收剂能够吸收烟气中的SO2，浓度0.01～1.5mol/L，能够为溶液提供强碱性的环境。而催化剂的浓度0.005～2mol/L，保证了溶液中的催化剂与烟气中的NO顺利发生催化氧化反应。生成的产物能够促进SO2在水中的溶解。润湿剂季胺盐能够进一步降低溶液的表面张力，从而能够进一步地捕捉烟气中的PM2.5。实现超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒。而其制备方法，简单易行，各个原料之间协作互伍，使得上述的吸收剂溶液具有反应快，吸收效率高，成本低廉等优点。

Description

吸收剂溶液及其制备方法
技术领域
本发明涉及气体净化技术领域，具体而言，涉及一种吸收剂溶液及其制备方法。
背景技术
建材、火力发电、金属冶炼等行业的工业窑炉排放的烟气中含有大量的有害气体和粉尘，严重的污染了大气环境，威胁着人们的身体健康；其中NO、SO2和PM2.5颗粒等是雾霾天气的主要成因之一，有效脱除烟气中的NO、SO2和PM2.5颗粒是迫切需要解决问题。
超重力技术指的是在比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的条件下强化多相流传递及反应过程的技术。具有体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、运行安全、可靠更能适应环境等优点，使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业领域中有广阔的应用前景。采用超重力技术单独进行脱除SO2和除尘的研究已经有不少报道，但是，采用超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒还未见报道，研发一种新型高效同步脱除NO，SO2和PM2.5吸收液能够有效提高脱除效率，对节能环保具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸收剂溶液，其能够用于超重力同步脱除烟气中的NO、SO2和PM2.5颗粒，并且脱除效率高。
本发明的另一目的在于提供一种吸收剂溶液的制备方法，能够有效地降低制备条件，简单易行。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种吸收剂溶液，包括用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂，其中，催化剂的浓度0.005～2mol/L，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。
一种吸收剂溶液的制备方法，包括：将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中，其中，催化剂的浓度0.005～2mol/L，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的吸收剂溶液，溶液中的SO2吸收剂能够吸收烟气中的二氧化硫，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L，能够为溶液提供强碱性的环境。而催化剂的浓度0.005～2mol/L，保证了溶液中的催化剂与烟气中的一氧化氮顺利发生催化氧化反应。另外，催化氧化反应生成的产物能够促进SO2在水中的溶解。而液态的吸收剂溶液能够捕捉一部分烟气中的粉尘以及PM2.5固体颗粒物。继续加入的润湿剂季胺盐能够进一步降低溶液的表面张力，使得溶液的比表面积增大，从而能够进一步地促进捕捉烟气中的PM2.5。进而能够实现采用超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒。
本发明提供的吸收剂溶液的制备方法，将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中制备得到吸收剂溶液，制备方法简单易行。制得的吸收剂溶液，各个原料之间协作互伍，使得上述的吸收剂溶液具有反应快，吸收效率高，成本低廉等优点。其能够用于超重力同步脱除烟气中的NO、SO2、PM2.5，并且吸收液用量少，气液反应停留短，是一种高效的吸收剂。
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。
本实施例提供一种吸收剂溶液：
该吸收剂溶液包括用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂，其中，催化剂的浓度0.005～2mol/L，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。溶液中的SO2吸收剂能够吸收烟气中的二氧化硫。当SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L，能够为溶液提供强碱性的环境，而催化剂的浓度0.005～2mol/L，保证了溶液中的催化剂与烟气中的一氧化氮顺利发生催化氧化反应。
具体地，用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂为钴络合剂。钴络合剂，不仅能够与NO络合，而且相比于铁络合剂等其他的络合剂具有明显的优势。例如，铁络合剂中只有亚铁离子才能与NO反应。而钴络合剂中，既有二价钴又有三价钴，并且从简单的配体到复杂的配体以及更复杂的配体，它们与二价的钴离子或者三价的钴离子配位后，均能够与一氧化氮络合。
进一步地，在本实施例中，用于吸收一氧化氮并且促进二氧化硫吸收的催化剂钴络合物可以选择乙二胺合钴或者氨水-乙二胺合钴中的任意一种。氨水-乙二胺合钴和乙二胺合钴均能够将一氧化氮氧化成二氧化氮，从而利用二氧化氮的易溶解的性能，对其进行吸收。
优选地，在本实施例中，上述的催化剂选择乙二胺合钴。乙二胺合钴在碱性溶液环境下，无需形成双氧双核桥式络合物即可以将NO氧化，生成Co(en)2(NO2)OH2+。在此过程中，钴的价态不发生变化，只要在过量的吸收液和强碱条件下即可自行再生。并且由于在烟气中存在大量的SO2，SO2水解生成SO3 2-，易与乙二胺合钴形成Co2(SO3)3沉淀，降低了活性组分的含量。而吸收剂溶液本身，能够捕捉烟气中的粉尘、PM2.5等固体颗粒物。所以在本实施例中，优选地，上述的催化剂选用乙二胺合钴，不仅能够使得一氧化氮被吸收，并且生成的产物也更能够有效地促进二氧化硫在水中的溶解，从而有助于实现本实施例提供的吸收剂溶液同时吸收一氧化氮、二氧化硫以及捕捉PM2.5的功能。进而保证了该吸收剂溶液能够应用于超重力技术中同步脱除烟气中的NO、SO2和PM2.5颗粒。
在其他优选地实施例子中，上述的用于吸收一氧化氮并且催化二氧化硫的催化剂也可以选择氨水-乙二胺合钴。此时，氨水的加入能够实现将二氧化硫和一氧化氮分别转化为硫酸铵和硝酸铵，并且吸收剂溶液能够捕捉烟气中的PM2.5等固体颗粒物，从而实现二氧化硫和一氧化氮、PM2.5的同时脱除。
优选地，用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂的浓度0.005～2mol/L，此时，催化剂乙二胺合钴能够有效地提供CO3+，从而加速一氧化氮的溶解，并且能够最优选地利用供CO3+，既不会造成过多的浪费，也不会因为供CO 3+不足，影响反应速率。更优选地，上述的催化剂浓度0.01～1mol/L，此时，能够进一步提高CO 3+离子的浓度，从而进一步提高NO在水中的溶解速率，促进NO的溶解。
进一步地，SO2吸收剂为钠化合物。具体地，上述的钠化合物可以选择氢氧化钠、碳酸钠或者氢氧化钠-碳酸钠溶液。优选地，上述的钠化合物可以选择氢氧化钠。
氢氧化钠，化学式为NaOH，俗称烧碱、火碱、苛性钠，为一种具有强腐蚀性的强碱，一般为片状或颗粒形态，易溶于水，溶于水时放热，并形成碱性溶液，另有潮解性，易吸取空气中的水蒸气和二氧化碳反正潮解、变质。
NaOH是化学实验室其中一种必备的化学品，亦为常见的化工品之一。纯品是无色透明的晶体。密度2.130g/cm3。熔点318.4℃。沸点1390℃。工业品含有少量的氯化钠和碳酸钠，是白色不透明的晶体。有块状，片状，粒状和棒状等。式量40.01。氢氧化钠在水处理中可作为碱性清洗剂，溶于乙醇和甘油，不溶于丙醇、乙醚。与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应。与酸类起中和作用而生成盐和水。
在本实施例中，选择氢氧化钠作为二氧化硫的吸收剂，不仅能够有效地吸收二氧化硫，而且能够为乙二胺合钴与一氧化氮发生催化氧化反应提供强碱性环境，从而能够保证乙二胺合钴与NO反应的顺利进行。
进一步地，在本实施例中，优选地，上述的氢氧化钠的浓度范围选择0.01～1.5mol/L。此时，氢氧化钠能够提供充足的氢氧根离子和钠离子，从而保证能够有效地吸收二氧化硫，并且能够保证整个吸收剂溶液对二氧化硫的吸收效率。更优选地，上述的氢氧化钠的浓度范围选择0.01～1mol/L。此时，能够更进一步地提高吸收剂溶液的吸附效率，并且进一步使得吸附剂溶液的用量更少。经济成本最佳，既不会因为浓度过高，造成资源的浪费，也不会因为浓度过低，影响吸收的速率。
在其他优选地实施例中，上述的二氧化硫吸收剂也可以选择氢氧化钠-碳酸钠溶液。
碳酸钠(Na2CO3)，分子量105.99。化学品的纯度多在质量分数99.5％以上，又叫纯碱，但分类属于盐，不属于碱。国际贸易中又名苏打或碱灰。它是一种重要的有机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产。还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。溶解性易溶于水，水溶液呈强碱性。在35.4℃其溶解度最大，每100g水中可溶解49.7g碳酸钠。微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。
当选择氢氧化钠-碳酸钠溶液时，由于上述的氢氧化钠与碳酸钠的水溶液都为强碱性，所以能够为乙二胺合钴的反应提供有效地强碱的环境，从而保证反应的顺利进行。
在其他优选地实施例中，上述的二氧化硫吸收剂也可以单独选择碳酸钠溶液，也能够保证反应的顺利进行。
进一步地，上述的吸收剂溶液还包括润湿剂，润湿剂的加入能够进一步地增大上述的吸收剂溶液的比表面积，从而有效减小上述的吸收剂溶液的表面张力，提高液滴对尘粒的捕集作用，进一步提高了吸收剂溶液对PM2.5固体颗粒物的捕捉。
具体地，上述的吸收剂溶液可以选择季胺盐、或者其他高分子材料的表面活性剂。优选地，在本实施例中，上述的吸收剂溶液选择季胺盐。
季铵盐又称四级铵盐。铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，通式R4NX，其中四个烃基R可以相同，也可不同。一般从C10～C18。X多是卤素负离子，也可是酸根。季铵盐与无机盐性质相似，易溶于水，水溶液能导电。主要通过氨或胺与卤代烷反应制得。由铵阳离子的四个氢原子全被有机基取代而成的一种阳离子型表面活性剂。季铵盐可用作表面活性剂。由叔胺和烃化剂反应而制得。烃化剂可为氯甲烷、氯甲基苯等卤代烃，硫酸二甲酯等硫酸二烷基酯、环氧乙烷等环氧烷类，对甲苯磺酸甲酯等磺酸酯等。可用它们制成相应的季铵盐型表面活性剂。季铵盐型阳离子表面活性剂与一般铵盐型不同，前者在碱水溶液中稳定，并无胺游离出来。
季胺盐的加入，能够进一步增强溶液的比表面积，增强整个吸附剂溶液对PM2.5这一类的微小粒径的固体颗粒进行吸附，从而进一步为吸附剂溶液同步脱除二氧化硫、一氧化氮以及PM2.5提供有效地保障。另外，季铵盐型阳离子表面活性剂是产量高、应用广的阳离子表面活性剂。原料的容易取得，从而使得吸附剂溶液容易形成批量化生成，进而有利于降低吸附剂溶液的成本。
在其他优选地实施例中，上述的润湿剂也可以选择其他的表面活性剂。例如高分子材料的表面活性剂，或者其他的金属阳离子表面活性剂。应理解，凡是通过上述相同的机理，例如通过增大溶液的比表面积来进一步吸收PM2.5的选择，均应在本发明的保护范围之内。
进一步地，上述的润湿剂选择季胺盐时，季胺盐的浓度范围在0.01～2mol/L。此时，在上述的碱性溶液中，季胺盐能够有效地发生水解并且提供足够的胺，从而进一步地降低溶液的表面张力，使得整个吸附剂溶液的比表面积进一步地增大，从而使得吸附剂溶液更容易捕捉烟雾中的PM2.5以及其他的微小的固体颗粒。更优选地，上述的润湿剂浓度0.01～1mol/L，此时，能够优地发生水解并且提供足够的胺，不仅能够满足降低表面张力，增大比表面积，捕捉PM2.5的作用，而且也不会因为过多地添加，造成原料的浪费，具有最优的经济效益。
本实施例还提供一种吸收剂溶液的制备方法，包括：
将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中，其中，催化剂的浓度0.005～2mol/L，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。所形成的溶液能够应用于超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒。
进一步，将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中的过程中，同时加入润湿剂；或者在催化剂和SO2吸收剂溶解于水中之前，加入润湿剂；或者在催化剂和SO2吸收剂溶解于水中之后，再加入润湿剂；润湿剂的浓度0.01～2mol/L。并且将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中，得到的溶液的pH值11-14。当溶液的pH值11-14时，能够有效地保证溶液中的吸附反应的顺利进行，从而实现二氧化硫、一氧化氮以及PM2.5的同步脱除。
总的来说，上述的吸收剂溶液的反应原理是这样的：溶液中的氢氧化钠能够吸收烟气中的二氧化硫，并且为溶液提供碱性的环境，使得溶剂中的乙二胺合钴与烟气中的一氧化氮发生催化氧化反应，生成的乙二胺能够进一步促进SO2在水中的溶解。而液态的吸收剂溶液能够捕捉一部分烟气中的粉尘以及PM2.5固体颗粒物。继续加入的润湿剂季胺盐能够进一步降低溶液的表面张力，使得溶液的比表面积增大，从而能够进一步地捕捉烟气中的PM2.5，这样就实现了对烟气中的NO、SO2、PM2.5的同步脱除。
吸收剂溶液的制备方法，将上述的用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂、SO2吸收剂以及润湿剂溶解于水中，制备得到吸收剂溶液。该制备方法简单易行，各个原料之间协作互伍，使得上述的吸收剂溶液具有反应快，吸收效率高，成本低廉等优点。其能够用于超重力同步脱除烟气中的NO、SO2、PM2.5，并且吸收液用量少，气液反应停留短，是一种高效的吸收剂。
实施例1
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度0.005mol/L、氢氧化钠的浓度1.5mol/L、季胺盐的浓度0.01mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和氢氧化钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例2
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度2mol/L、氢氧化钠的浓度0.01mol/L、季胺盐的浓度2mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和氢氧化钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例3
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度0.01mol/L、氢氧化钠的浓度1mol/L、季胺盐的浓度0.01mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和氢氧化钠溶解于水中，同时加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例4
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度1mol/L、氢氧化钠的浓度0.01mol/L、季胺盐的浓度1mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和氢氧化钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例5
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度1.5mol/L、氢氧化钠的浓度0.05mol/L、季胺盐的浓度0.05mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和氢氧化钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例6
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度1.2mol/L、氢氧化钠的浓度0.08mol/L、季胺盐的浓度0.05mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：在上述的季胺盐溶液中加入上述的乙二胺合钴和氢氧化钠，制得吸收剂溶液。
实施例7
配制1L吸收剂溶液，其中，乙二胺合钴的浓度0.08mol/L、氢氧化钠的浓度0.08mol/L、季胺盐的浓度0.02mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的乙二胺合钴和碳酸钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实施例8
配制1L吸收剂溶液，其中，氨水-乙二胺合钴的浓度0.1mol/L、氢氧化钠的浓度0.05mol/L、季胺盐的浓度0.03mol/L。
该吸收剂溶液的制备方法为：先将上述的氨水-乙二胺合钴和氢氧化钠-碳酸钠溶解于水中，再加入季胺盐，制得吸收剂溶液。
实验例
下面结合使用吸收剂溶液处理气体试验对本发明实施例提供的吸收剂溶液在超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒中的使用的效果进行评价。
试验方案
将本发明实施例提供的吸收剂溶液与含有NO、SO2和PM2.5颗粒的气体在超重力机中进行逆流接触，使NO、SO2和PM2.5颗粒被吸收液充分吸收，在储液池中被回收利用。
具体地工艺条件为：气体流量：0.02m3/h；吸收液流量10L/h；超重机转速：1100rpm；吸收液温度：50℃。吸附效果如下表。
表1加入吸收剂溶液后吸附效果表
NO脱除效率 SO2脱除效率 PM2.5脱除效率
实施例1 91.37％ 92.44％ 96.58％
实施例2 93.85％ 95.67％ 95.99％
实施例3 98.24％ 97.33％ 97.12％
实施例4 92.41％ 98.65％ 96.75％
实施例5 93.73％ 95.65％ 96.45％
实施例6 94.51％ 96.45％ 95.15％
实施例7 95.75％ 94.55％ 95.95％
实施例8 96.48％ 98.15％ 96.95％
从上表中的数据可以明显看出，加入上述吸收剂溶液后NO、SO2和PM2.5颗粒的浓度均明显的降低了，说明本发明实施例提供的吸收剂溶液能够有效地用于超重力脱除使NO、SO2和PM2.5颗粒，脱除效率高。其最大脱除率可达98.24％，98.65％，97.12％。
综上所述，本发明提供的吸收剂溶液，溶液中的SO2吸收剂能够吸收烟气中的二氧化硫，SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L，能够为溶液提供强碱性的环境。而催化剂的浓度0.005～2mol/L，保证了溶液中的催化剂与烟气中的一氧化氮顺利发生催化氧化反应。另外，催化氧化反应生成的产物能够进一步促进SO2在水中的溶解。而液态的吸收剂溶液能够捕捉一部分烟气中的粉尘以及PM2.5固体颗粒物。继续加入的润湿剂季胺盐能够进一步降低溶液的表面张力，使得溶液的比表面积增大，从而能够进一步地吸收烟气中的PM2.5。能够实现采用超重力技术同步脱除NO、SO2和PM2.5颗粒。
本发明提供的吸收剂溶液的制备方法，将用于吸收NO同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中制备得到吸收剂溶液，制备方法简单易行。制得的吸收剂溶液，各个原料之间协作互伍，使得上述的吸收剂溶液具有反应快，吸收效率高，成本低廉等优点。其能够用于超重力同步脱除烟气中的NO、SO2、PM2.5，并且吸收液用量少，气液反应停留短，是一种高效的吸收剂。
应理解，尽管已用具体实施例来说明和描述本发明，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 (9)

1.一种吸收剂溶液，其特征在于，包括用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂，其中，所述催化剂的浓度0.005～2mol/L，所述SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。
2.根据权利要求1所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述催化剂的浓度0.01～1mol/L，所述SO2吸收剂的浓度0.01～1mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述催化剂为钴络合剂；所述SO2吸收剂为钠化合物。
4.根据权利要求3所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述钴络合剂包括乙二胺合钴或者氨水-乙二胺合钴中的任意一种；所述钠化合物包括氢氧化钠、碳酸钠或者氢氧化钠-碳酸钠中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述吸收剂溶液还包括润湿剂，所述润湿剂的浓度0.01～2mol/L。
6.根据权利要求5所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述润湿剂的浓度0.01～1mol/L。
7.根据权利要求5或6所述的吸收剂溶液，其特征在于，所述润湿剂为季胺盐。
8.一种吸收剂溶液的制备方法，其特征在于，包括：
将用于吸收NO且同时促进SO2吸收的催化剂以及SO2吸收剂溶解于水中，其中，所述催化剂的浓度0.005～2mol/L，所述SO2吸收剂的浓度0.01～1.5mol/L。
9.根据权利要求8所述的吸收剂溶液的制备方法，其特征在于，将用于吸收NO且同时促进SO2吸收的所述催化剂以及所述SO2吸收剂溶解于水中的过程中，同时加入润湿剂；或者在所述催化剂和所述SO2吸收剂溶解于水中之前，加入所述润湿剂；或者在所述催化剂和所述SO2吸收剂溶解于水中之后，再加入所述润湿剂；所述润湿剂的浓度0.01～2mol/L。
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