CN107640770A - 高效脱硝炭质多孔材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效脱硝炭质多孔材料的制备方法，以原煤和兰炭颗粒为主要原材料，以粘合剂和去离子水为辅助成型剂，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到多孔炭材料；最后经热空气氧化形成低温高脱硝效率的炭质多孔材料。本发明原料价廉易得、操作条件温和工艺简单可控，所得炭质多孔材料在不同温度下的脱硝率达70%以上。
Description
技术领域
本发明属于脱硝材料的制备技术领域，具体为一种高效脱硝炭质多孔材料的制备方法。
背景技术
近年来，工业上普遍采用钒钛氧化物系列脱硝催化剂，将烟气中的NOx在300-450℃温度下还原为N2，并且显示了较高的脱硝效率。但是，实际现状表明燃煤锅炉排烟温度主要集中在100-150℃。因此，开发高效低温脱硝材料已成为解决低温脱硝技术的当务之急。
多孔炭材料凭借其原材料来源丰富、制造成本低廉、改性方法多种多样，且在适宜的反应条件下显示出良好的脱硝性能，使其在低温脱硝领域具有潜在的应用前景。多孔炭材料的脱硝性能不仅取决于其孔隙结构，而且还受表面化学性质的影响。但从现有研究结果来看，目前报道的多孔炭材料普遍存在吸附能力低、表面官能团数量少、低温脱硝效率低等缺点。鲜有报道表明借助炭材料的表相改性接枝含氧官能团，能够显著提高其脱硝性能。
因此，有必要在现有研究基础之上开发含氧官能团丰富且孔结构发达兼顾高脱硝效率的多孔炭材料。
发明内容
本发明目的是提供一种低温脱硝富氮多孔炭材料的制备方法，采用原料价廉易得、工艺简单可控、操作条件温和、脱硝效率高的方法制备高效脱硝炭质多孔材料。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种低温脱硝富氮多孔炭材料的制备方法，包括以下步骤，
（1）、将质量比为3:1的原煤和兰炭颗粒磨制成250-350目的煤粉；将煤粉与黏合剂、去离子水以65-80:15-30:10-20的质量比在550-650r/min搅拌速度下混合均匀，然后用平模碾压造粒机在25-40MPa压强下挤压成圆柱形，得到成型炭；
（2）、将上述成型炭在高温管式炉中由室温升至550-750℃炭化1-2h，然后将温度升至800-950℃，通入10-30mL/min水蒸气活化1-3h，自然降温至室温得到多孔材料；
（3）、将步骤（2）所得的多孔材料在高温管式炉中由室温升至200-400℃，然后通入30-50mL/min空气，并保持2-4h，然后自然冷却，得到高脱硝效率的炭质多孔材料。
上述制备方法，步骤（1）中，原煤为烟煤、无烟煤、焦煤的一种或多种混合物。黏合剂为淀粉或羧甲基纤维素。
本发明提供的高效脱硝炭质多孔材料的制备方法，原料价廉易得、操作条件温和工艺简单可控，具体以原煤和兰炭颗粒为主要原材料，以粘合剂和去离子水为辅助成型剂，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到多孔炭材料；最后经热空气氧化形成低温高脱硝效率的炭质多孔材料。所得炭质多孔料在不同温度下的脱硝率达70 %以上。
附图说明
图1表示实施例1制备的高效脱硝炭质多孔材料的SEM图（图中a）及其对应的截面图（图中b）。
图2表示实施例2制备的高效脱硝炭质多孔材料的SEM图（图中a）及其对应的截面图（图中b）。
图3表示实施例3制备的高效脱硝炭质多孔材料的SEM图（图中a）及其对应的截面图（图中b）。
图4表示实施例4不同温度下的脱硝应用及对比例1、2不同温度下的脱硝曲线图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
本方法通过以原煤和兰炭颗粒为主要原材料，以粘合剂和去离子水为辅助成型剂，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到多孔炭材料；最后经热空气氧化形成低温高脱硝效率的炭质多孔材料，确定了试验所用仪器设备、试验条件、测定步骤及测定结果的处理。为高效脱硝活性炭的制备研究和设计提供理论依据。
实施例1
1、将60g烟煤和20g兰炭颗粒磨制成250目的煤粉；将65g煤粉与15g淀粉、10g去离子水在550r/min搅拌速度下混合均匀，然后用平模碾压造粒机在25MPa压强下挤压成圆柱形，得到成型炭；
2、将上述成型炭在高温管式炉中由室温升至550℃炭化1h，然后将温度升至800℃，通入30mL/min水蒸气活化3h，自然降温至室温得到多孔炭材料；
3、将100g上述多孔材料在高温管式炉中由室温升至200℃，然后通入50mL/min空气，并保持4h，然后自然冷却，得到高脱硝效率的炭质多孔材料。
图1示出了实施例1制备的高脱硝效率的炭质多孔材料的SEM图及其对应的截面图。
实施例2
1、将45g焦煤和15g兰炭颗粒磨制成300目的煤粉；将75g煤粉与25g羧甲基纤维素、15g去离子水在600r/min搅拌速度下混合均匀，然后用平模碾压造粒机在35MPa压强下挤压成圆柱形，得到成型炭；
2、将上述成型炭在高温管式炉中由室温升至650℃炭化1.5h，然后将温度升至850℃，通入20mL/min水蒸气活化2h，自然降温至室温得到多孔炭材料；
3、将200g上述多孔材料在高温管式炉中由室温升至300℃，然后通入40mL/min空气，并保持3h，然后自然冷却，得到高脱硝效率的炭质多孔材料。
图2示出了实施例2制备的高脱硝效率的炭质多孔材料的SEM图及其对应的截面图。
实施例3
1、将75g无烟煤和25g兰炭颗粒磨制成350目的煤粉；将64g煤粉与24g羧甲基纤维素、16g去离子水在650r/min搅拌速度下混合均匀，然后用平模碾压造粒机在40MPa压强下挤压成圆柱形，得到成型炭；
2、将上述成型炭在高温管式炉中由室温升至750℃炭化2h，然后将温度升至950℃，通入10mL/min水蒸气活化1h，自然降温至室温得到多孔炭材料；
3、将300g上述多孔材料在高温管式炉中由室温升至400℃，然后通入50mL/min空气，并保持2h，然后自然冷却，得到高脱硝效率的炭质多孔材料。
图3示出了实施例3制备的高脱硝效率的炭质多孔材料的SEM图及其对应的截面图。
通过本发明实施例1、2、3制备的高脱硝效率的炭质多孔材料，由图1、2、3可以看出，制得的多孔炭材料为圆柱状材料，且对应的孔洞丰富。
实施例4
通过本发明实施例1、2、3制备的高脱硝效率的炭质多孔材料分别测试不同温度下的脱硝性能，用于对高效脱硝活性炭的制备及其脱硝性能的测试，根据测试结果评定该材料的优劣。
具体的实验条件是：脱硝反应在内径为15mm的常压固定床反应器上进行。实验模拟烟气组成为0.06% NH3、0.15%NO、10%O2，N2平衡，温度操作范围为80-200℃，烟气流量500mL/min，10g多孔炭材料，空速为6000h-1。出口NO 浓度用烟气分析仪(KM950，英国Kane公司)进行在线实时检测。
对比例1
采用实施例2中经过水蒸气活化得到的多孔炭材料（缺少步骤3），测试不同温度下的脱硝性能，具体的实验条件和实施例4中的实验条件一致。
对比例2
采用实施例3中经过水蒸气活化得到的多孔炭材料（缺少步骤3），测试不同温度下的脱硝性能，具体的实验条件和实施例4中的实验条件一致。
分别在线实时检测样品1、2、3，以及对比例1、2不同温度下的脱硝性能，具体如图4所示，采用实施例2和实施例3只经过水蒸气活化得到的多孔炭材料的脱硝率较低，而经过实施例1、2、3制备的炭质多孔材料的脱硝率达70 %以上。
目前国报道的多孔炭材料普遍存在吸附能力低、表面官能团数量少、低温脱硝效率低等缺点。本方法通过大量试验总结出高效脱硝炭质多孔材料的制备方法。通过该试验方法，可以改善多孔炭材料的脱硝性能，所得炭质多孔料在不同温度下的脱硝率达70 %以上。为高效脱硝活性炭的制备提供科学依据。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种高效脱硝炭质多孔材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、将质量比为3:1的原煤和兰炭颗粒磨制成250-350目的煤粉；将煤粉与黏合剂、去离子水以65-80:15-30:10-20的质量比在550-650r/min搅拌速度下混合均匀，然后用平模碾压造粒机在25-40MPa压强下挤压成圆柱形，得到成型炭；
（2）、将上述成型炭在高温管式炉中由室温升至550-750℃炭化1-2h，然后将温度升至800-950℃，通入10-30mL/min水蒸气活化1-3h，自然降温至室温得到多孔材料；
（3）、将步骤（2）所得的多孔材料在高温管式炉中由室温升至200-400℃，然后通入30-50mL/min空气，并保持2-4h，然后自然冷却，得到高脱硝效率的炭质多孔材料。
2.根据权利要求1所述的高效脱硝炭质多孔材料的制备方法，其特征在于：所述原煤为烟煤、无烟煤、焦煤的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的高效脱硝炭质多孔材料的制备方法，其特征在于：所述黏合剂为淀粉或羧甲基纤维素。
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