CN107051391A - 一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂及制备方法，以石油焦为原料，KOH为活化剂，N2和H2混合气氛中活化处理，一方面活化剂中的氢氧根与石油焦反应，生成大量初孔；另一方面高温电离出来的金属离子被碳还原，不仅消耗部分碳形成孔道，同时，被还原出的单质金属原子在高温下能够插入碳网平面层之间，撑开形成孔隙。H2与石油焦表面杂原子基团作用所形成的‑CH2‑及芳环=CH2‑基团可作为活性位参与活化反应，降低了活化反应的碱焦比，和现有技术相比，本发明的碱焦比为2∶1，再对其进行NH4Br化学改性，制得的脱汞吸附剂比表面积大、孔隙结构发达、能有效地把单质态硫富集在活性炭表面，促进其汞化学吸附的作用。

Description

一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂及制备方法
技术领域
本发明涉及烟气脱汞技术领域，具体涉及一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂及制备方法。
背景技术
汞及其化合物作为燃煤电站继粉尘、SOx、NOx之后的第四大污染物受到越来越多的关注。活性炭烟气喷射被认为是目前最具前景的实用烟气脱汞技术，已在城市固废焚烧装置上得到应用。然而，煤制活性炭喷射脱汞技术存在运行成本高、再生性差等问题。因此开发高效廉价的替代吸附剂具有实际意义。
高硫石油焦是石化工业的副产物，具有含碳高、含硫高、挥发分低、灰分低、热值高等特点。将其作为活性炭原料具有来源简单，价格低廉，再生性高等优点。石油焦中硫可分为无机硫和有机硫两大类，无机硫含量较少，绝大部分为有机硫，有机硫中的硫与碳原子结合力强，不能直接用来吸附捕获汞。因而需要将其活化和改性处理，以得到比表面积和孔隙结构发达的石油焦活性炭，并且能有效地把单质态硫富集在活性炭表面，促进其汞化学吸附的作用。
现有技术中，由于石油焦结晶度高，结构较为致密，活化比较困难，通常在惰性气氛下采用高碱焦比（KOH/石油焦质量比大于3∶1）进行活化成孔。然而过高的碱焦比带来一系列问题，包括高碱耗、高污染、高成木，以及设备腐蚀、安全隐患等，从而制约了其开发与应用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂及制备方法，以克服现有技术的不足。
本发明的目的是这样实现的：
一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂，其特征在于，以KOH化学活化法制备的高硫石油焦活性炭为基体，对其进行NH4Br溶液浸渍改性成为载溴富硫活性炭。
所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，由以下方法制备：
（1）将高硫石油焦经破碎、筛分过200-300目筛，与水，乙醇及KOH按一定的质量比混合均匀；
（2）将混合好的物料放入烘箱中于110℃烘1h，随后放入水平管式反应炉内在N2与H2混合气氛保护下的升至一定的温度，并在该温度下活化一定的时间；
（3）活化结束后，在N2保护下冷却至室温，取出先用1mol/L的盐酸洗，后水洗，直至滤液呈中性，将过滤得到的固体产品干燥，得高硫石油焦活性炭。
（4）将步骤（3）制得的高硫石油焦活性炭放入质量分数为1%的NH4Br水溶液中进行浸渍改性，过滤，烘干出料。
所述步骤（1）中水∶乙醇∶KOH∶石油焦质量比为10∶1∶20∶10。
所述步骤（2）中混合气氛在总气速为140mL/min，升温速率为8℃/min条件下升温至750-780℃，活化时间为60min；其中混合气氛中的H2含量为30%。
所述步骤（4）中浸渍改性的方法为：往高硫石油焦活性炭中加入质量分数为1%的NH4Br水溶液至淹没得混合液，然后将混合液置于磁力搅拌器上搅拌12h，过滤后在烘箱45℃下热烘6h。
本发明有以下有益效果：本发明以石油焦为原料，KOH为活化剂，N2和H2混合气氛中活化处理，一方面活化剂中的氢氧根与石油焦反应，生成大量碳酸盐和碱性氧化物，生成大量初孔；另一方面高温电离出来的金属离子被碳还原，生成游离态金属单质，不仅消耗部分碳形成孔道，同时，被还原出的单质金属原子在高温下能够插入碳网平面层之间，撑开形成孔隙。引入活性气体H2，H2与石油焦表面杂原子基团作用所形成的-CH2-及芳环= CH2-基团可作为活性位参与活化反应，促进了活化反应的进行，同时产生的钾单质的量增加，进一步促进了钾单质的插层活化作用，从而降低了活化反应的碱焦比，和现有技术相比，本发明的碱焦比为2∶1，有效解决了高碱耗、高污染、高成木以及设备腐蚀等安全隐患，然后再对其进行NH4Br化学改性，在其表面形成有利于汞吸附的官能团，制得的脱汞吸附剂比表面积大、孔隙结构发达、能有效地把单质态硫富集在活性炭表面，促进其汞化学吸附的作用。
具体实施方式
一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂，其特征在于，以KOH化学活化法制备的高硫石油焦活性炭为基体，对其进行NH4Br溶液浸渍改性成为载溴富硫活性炭。
所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，由以下方法制备：
（1）将高硫石油焦经破碎、筛分过200-300目筛，与水，乙醇及KOH按一定的质量比混合均匀；
（2）将混合好的物料放入烘箱中于110℃烘1h，随后放入水平管式反应炉内在N2与H2混合气氛保护下的升至一定的温度，并在该温度下活化一定的时间；
（3）活化结束后，在N2保护下冷却至室温，取出先用1mol/L的盐酸洗，后水洗，直至滤液呈中性，将过滤得到的固体产品干燥，得高硫石油焦活性炭。
（4）将步骤（3）制得的高硫石油焦活性炭放入质量分数为1%的NH4Br水溶液中进行浸渍改性，过滤，烘干出料。
所述步骤（1）中水∶乙醇∶KOH∶石油焦质量比为10∶1∶20∶10。
所述步骤（2）中混合气氛在总气速为140mL/min，升温速率为8℃/min条件下升温至750-780℃，活化时间为60min；其中混合气氛中的H2含量为30%。
所述步骤（4）中浸渍改性的方法为：往高硫石油焦活性炭中加入质量分数为1%的NH4Br水溶液至淹没得混合液，然后将混合液置于磁力搅拌器上搅拌12h，过滤后在烘箱45℃下热烘6h。

Claims (6)

1.一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂，其特征在于，以KOH化学活化法制备的高硫石油焦活性炭为基体，对其进行NH4Br溶液浸渍改性成为载溴富硫活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，由以下方法制备：
（1）将高硫石油焦经破碎、筛分过200-300目筛，与水，乙醇及KOH按一定的质量比混合均匀；
（2）将混合好的物料放入烘箱中于110℃烘1h，随后放入水平管式反应炉内在N2与H2混合气氛保护下的升至一定的温度，并在该温度下活化一定的时间；
（3）活化结束后，在N2保护下冷却至室温，取出先用1mol/L的盐酸洗，后水洗，直至滤液呈中性，将过滤得到的固体产品干燥，得高硫石油焦活性炭。
3.（4）将步骤（3）制得的高硫石油焦活性炭放入质量分数为1%的NH4Br水溶液中进行浸渍改性，过滤，烘干出料。
4.根据权利要求2所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中水∶乙醇∶KOH∶石油焦质量比为10∶1∶20∶10。
5.根据权利要求2所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中混合气氛在总气速为140mL/min，升温速率为8℃/min条件下升温至750-780℃，活化时间为60min；其中混合气氛中的H2含量为30%。
6.根据权利要求2所述的一种载溴富硫活性炭烟气脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中浸渍改性的方法为：往高硫石油焦活性炭中加入质量分数为1%的NH4Br水溶液至淹没得混合液，然后将混合液置于磁力搅拌器上搅拌12h，过滤后在烘箱45℃下热烘6h。
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