CN107899543B - 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107899543B
CN107899543B CN201711229198.0A CN201711229198A CN107899543B CN 107899543 B CN107899543 B CN 107899543B CN 201711229198 A CN201711229198 A CN 201711229198A CN 107899543 B CN107899543 B CN 107899543B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vanadium
demercuration
copper
temperature
modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711229198.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107899543A (zh
Inventor
张长明
张小超
杨艳青
宋雯
高颖
李�瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201711229198.0A priority Critical patent/CN107899543B/zh
Publication of CN107899543A publication Critical patent/CN107899543A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107899543B publication Critical patent/CN107899543B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用。本发明以酚醛树脂颗粒为主体，以醇和硝酸铜为客体，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到富含多孔的炭材料；最后经偏钒酸铵浸渍和热处理形成钒铜双改性脱汞吸附材料。本发明工艺简单可控、操作条件温和，所得钒铜改性脱汞吸附材料在不同温度下的脱汞率达75%以上。

Description

一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用，属于脱汞材料及其制备技术领域。
背景技术
炭材料因其原材料广泛、吸附性能优异、改性方法多种多样，且在适宜的反应条件下可表现出良好的脱汞性能，近年来已引起国际社会的广泛关注。但从现有研究结果来看，目前报道的炭材料普遍存在催化活性低、低温脱汞效率低等缺点。
钒钛系列催化剂由于其较低的活化能以及钒与载体的强相互作用而广泛应用于催化氧化零价Hg0。然而，在低温时催化剂氧化Hg0的性能较差。氧化铜是一种有效的催化组分，能够产生有利于氧化反应的亲电氧原子，且与汞强的结合能力，故而将氧化铜掺杂到钒钛系列催化剂中可以提高催化剂氧化Hg0的性能。因此，在现有研究基础之上通过改性炭材料负载双金属钒铜，提高其催化氧化性能，对开发脱汞效率更高的炭材料具有非常重要的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用，该材料的生产工艺简单可控、操作条件温和，其脱汞性能良好。
本发明提供了一种钒铜改性脱汞吸附材料，以酚醛树脂颗粒为主体，以醇和硝酸铜为客体，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到富含多孔的炭材料；最后经偏钒酸铵浸渍和热处理形成钒铜双改性脱汞吸附材料。
所述材料由以下重量份数的原料制备而成：
酚醛树脂颗粒：15-40份；
醇：50-80份；
硝酸铜：1.5-3份；
偏钒酸铵：3-6份。
本发明提供了上述钒铜改性脱汞吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将酚醛树脂颗粒和醇以质量比为15-40:50-80混合，在70 ℃，以600-800 r/min速度下搅拌至树脂完全溶解；
（2）将质量为15-30 g Cu(NO3)2·3H2O添加到上述溶液中，继续搅拌2-4 h，冷却到室温后，过滤得到树脂；
（3）将步骤（2）所得的树脂磨制成250-300目的树脂粉，然后用压片机在70 ℃、40-60 MPa压强下挤压成片状形，得到成型物；
（4）将步骤（3）所得的成型物在高温管式炉中由室温升至600-800 ℃，恒温炭化1.5-3 h；然后将温度升至850-950℃，通入水蒸气30-50 mL/min，恒温活化1-3 h，自然降温至室温得到炭材料；
（5）将偏钒酸铵固体配制成浓度为0.06-0.725 g/L的溶液，将所得溶液备用；
（6）将步骤（4）所得的炭材料和步骤（5）所得的一部分溶液加入三口烧瓶中；然后将剩余的溶液通过恒压滴液漏斗以10-30mL/min的滴加速度缓慢滴加入三口烧瓶中，同时将反应体系在室温下搅拌10-20 h，反应结束后用漏斗将反应液抽滤，将滤饼放入真空干燥箱中90-110 ℃干燥过夜备用，得到预处理炭材料；
该步骤中，溶液分两批次加入，两批次的体积配比是：1:1~10:1；
（7）将步骤（6）所得的预处理炭材料加入高温管式炉中由室温升至300-450 ℃，热处理1-3 h，得到钒铜改性脱汞吸附材料。
上述制备方法中，所述酚醛树脂颗粒包括热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂的一种或两种混合物。
上述制备方法中，所述醇为甘油醇或聚乙烯醇。
上述制备方法中，步骤（3）中所述挤压温度为 70 ℃。
上述制备方法中，步骤（7）中，所述热处理的温度为300-450 ℃。
本发明提供了上述钒铜改性脱汞吸附材料的应用，在内径为10 mm的常压固定床反应器上进行脱汞反应：汞的浓度为0.30±0.05 mg/m3，以N2和5 vol%的O2为载气，温度操作范围为50-200 ℃，烟气流量500 -1000mL/min，20-50 mg钒铜改性脱汞吸附材料，空速为8000-12000 h-1；出口汞浓度用双光数显汞分析仪进行在线实时检测。
本发明的有益效果：
本发明提供的钒铜双改性脱汞吸附材料的制备方法，工艺简单可控、操作条件温和，所得钒铜双改性脱汞吸附材料在不同温度下的脱汞率达75 %以上。
附图说明
图1是实施例1制备的钒铜改性脱汞吸附材料的SEM截面图；
图2是实施例2制备的钒铜改性脱汞吸附材料的SEM截面图；
图3是实施例3制备的钒铜改性脱汞吸附材料的SEM截面图；
图4是实施例4及对比例1、2、3不同温度下的脱汞曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1
将150 g热塑性酚醛树脂和500 g甘油醇在70 ℃和600 r/min搅拌速度下至树脂完全溶解；
将15 g Cu(NO3)2·3H2O添加到上述溶液中，继续搅拌2 h，冷却到室温后，过滤得到树脂；
将上述树脂磨制成250目的树脂粉，然后用压片机在70 ℃和40 MPa压强下挤压成片状形，得到成型物；
将上述成型物在高温管式炉中由室温升至600 ℃恒温炭化1.5 h，然后将温度升至850 ℃，通入30 mL/min水蒸气恒温活化1 h，自然降温至室温得到炭材料。
将30 g偏钒酸铵固体添加到100 mL去离子水，将所得溶液备用；
将上述炭材料和100 mL上述溶液加入三口烧瓶中。然后将剩余的溶液（20 mL）通过恒压滴液漏斗以10mL/min的滴加速度缓慢滴加入三口烧瓶中，同时将反应体系在室温下搅拌10 h，反应结束后用漏斗将反应液抽滤，将滤饼放入真空干燥箱中90 ℃干燥过夜备用，得到预处理炭材料；
将上述预处理炭材料加入高温管式炉中由室温升至300 ℃热处理1 h，得到钒铜双改性脱汞吸附材料。
图1示出了实施例1制备的钒铜双改性脱汞吸附材料的SEM截面图。
实施例2
将270 g热塑性酚醛树脂和650 g聚乙烯醇在70 ℃和700 r/min搅拌速度下至树脂完全溶解；
将质量为27 g Cu(NO3)2·3H2O添加到上述溶液中，继续搅拌3 h，冷却到室温后，过滤得到树脂；
将上述树脂磨制成270目的树脂粉，然后用压片机在70 ℃和50 MPa压强下挤压成片状形，得到成型物；
将上述成型物在高温管式炉中由室温升至700 ℃恒温炭化2.5 h，然后将温度升至900 ℃，通入40 mL/min水蒸气恒温活化2 h，自然降温至室温得到炭材料。
将45 g偏钒酸铵固体添加到200 mL去离子水，将所得溶液备用；
将上述炭材料和150 mL上述溶液加入三口烧瓶中。然后将剩余的溶液（85 mL）通过恒压滴液漏斗加入三口烧瓶，同时将反应体系在室温下搅拌15 h，反应结束后用漏斗将反应液抽滤，真空干燥箱中100 ℃干燥过夜备用，得到预处理炭材料；
将上述预处理炭材料加入高温管式炉中由室温升至370 ℃热处理2 h，得到钒铜双改性脱汞吸附材料。
图2示出了实施例2制备的钒铜双改性脱汞吸附材料的SEM截面图。
实施例3
将400 g热塑性酚醛树脂和800 g甘油醇在70 ℃和800 r/min搅拌速度下至树脂完全溶解；
将质量为30 g Cu(NO3)2·3H2O添加到上述溶液中，继续搅拌4 h，冷却到室温后，过滤得到树脂；
将上述树脂磨制成300目的树脂粉，然后用压片机在70 ℃和60 MPa压强下挤压成片状形，得到成型物；
将上述成型物在高温管式炉中由室温升至800 ℃恒温炭化3 h，然后将温度升至950 ℃，通入50 mL/min水蒸气恒温活化3 h，自然降温至室温得到炭材料。
将60 g偏钒酸铵固体添加到300 mL去离子水，将所得溶液备用；
将上述炭材料和300 mL上述溶液加入三口烧瓶中。然后将剩余的溶液（50 mL）通过恒压滴液漏斗加入三口烧瓶，同时将反应体系在室温下搅拌20 h，反应结束后用漏斗将反应液抽滤，真空干燥箱中110 ℃干燥过夜备用，得到预处理炭材料；
将上述预处理炭材料加入高温管式炉中由室温升至450 ℃热处理3 h，得到钒铜双改性脱汞吸附材料。
图3示出了实施例3制备的钒铜双改性脱汞吸附材料的SEM截面图。
通过本发明实施例1、2、3制备的钒铜双改性脱汞吸附材料，由图1、2、3可以看出，制得的钒铜双改性脱汞吸附材料的截面图孔洞发达。
实施例4
通过本发明实施例1、2、3制备的钒铜双改性脱汞吸附材料分别测试不同温度下的脱汞性能。
具体的实验条件是：脱汞反应在内径为10 mm的常压固定床反应器上进行。实验模拟烟气组成为：汞的浓度为0.30±0.05 mg/m3，N2和5 vol.%的O2为载气，温度操作范围为50-200 ℃，烟气流量500 mL/min，35 mg钒铜双改性脱汞吸附材料，空速为11000 h-1。出口汞浓度用双光数显汞分析仪（SG-921, Jiangfen Ltd.）进行在线实时检测。
对比例1
采用实施例1的工艺，区别是不添加Cu(NO3)2·3H2O和偏钒酸铵，取经过水蒸气活化得到的炭材料测试不同温度下的脱汞性能，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2中的工艺，区别是不添加偏钒酸铵，取经过水蒸气活化得到的炭材料测试不同温度下的脱汞性能，具体的实验条件和实施例4中的实验条件一致。
对比例3
采用实施例3中的工艺，区别是不添加Cu(NO3)2·3H2O，取经过水蒸气活化得到的炭材料测试不同温度下的脱汞性能，具体的实验条件和实施例4中的实验条件一致。
通过在线实时检测分别测量样品1、2、3，以及对比例1、2、3在不同温度下的脱汞性能，具体如图4所示，经直接采用对比例1、2、3得到的炭材料的脱汞率较低，而经过实施例1、2、3制备的钒铜双改性脱汞吸附材料的脱汞率达75 %以上。

Claims (6)

1.一种钒铜改性脱汞吸附材料，其特征在于：以酚醛树脂颗粒为主体，以醇和硝酸铜为客体，依次经混合、成型、炭化和水蒸气活化，得到富含多孔的炭材料；最后经偏钒酸铵浸渍和热处理形成钒铜改性脱汞吸附材料；
所述材料由以下重量份数的原料制备而成：
酚醛树脂颗粒：15-40份；
醇：50-80份；
硝酸铜：1.5-3份；
偏钒酸铵：3-6份；
所述的钒铜改性脱汞吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将酚醛树脂颗粒和醇以质量比为15-40:50-80混合，在70 ℃，以600-800 r/min速度下搅拌至树脂完全溶解；
（2）将质量为15-30 g Cu(NO3)2·3H2O添加到上述溶液中，继续搅拌2-4 h，冷却到室温后，过滤得到树脂；
（3）将步骤（2）所得的树脂磨制成250-300目的树脂粉，然后用压片机在70 ℃、40-60MPa压强下挤压成片状形，得到成型物；
（4）将步骤（3）所得的成型物在高温管式炉中由室温升至600-800 ℃，恒温炭化1.5-3h；然后将温度升至850-950℃，通入水蒸气30-50 mL/min，恒温活化1-3 h，自然降温至室温得到炭材料；
（5）将偏钒酸铵固体配制成浓度为0.06-0.725 g/L的溶液，将所得溶液备用；
（6）将步骤（4）所得的炭材料和步骤（5）所得的一部分溶液加入三口烧瓶中；然后将剩余的溶液通过恒压滴液漏斗以10-30mL/min的滴加速度缓慢滴加入三口烧瓶中，同时在室温下搅拌10-20 h，反应结束后用漏斗将反应液抽滤，将滤饼放入真空干燥箱中90-110 ℃干燥过夜备用，得到预处理炭材料；
上述溶液分两批次加入，第一批次和第二批次的体积配比是：1:1~10:1；
（7）将步骤（6）所得的预处理炭材料加入高温管式炉中由室温升至300-450 ℃，热处理1-3 h，得到钒铜改性脱汞吸附材料。
2.根据权利要求1所述的钒铜改性脱汞吸附材料，其特征在于：所述酚醛树脂颗粒包括热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂的一种或两种混合物。
3.根据权利要求1所述的钒铜改性脱汞吸附材料，其特征在于：所述醇为甘油醇或聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的钒铜改性脱汞吸附材料，其特征在于：步骤（3）中所述挤压温度为 70 ℃。
5.根据权利要求1所述的钒铜改性脱汞吸附材料，其特征在于：步骤（7）中，所述热处理的温度为300-450 ℃。
6.一种权利要求1~3任一项所述的钒铜改性脱汞吸附材料的应用，其特征在于：在内径为10 mm的常压固定床反应器上进行脱汞反应：汞的浓度为0.30±0.05 mg/m3，以N2和5vol%的O2为载气，温度操作范围为50-200 ℃，烟气流量500 -1000 mL/min，20-50 mg钒铜改性脱汞吸附材料，空速为8000-12000 h-1；出口汞浓度用双光数显汞分析仪进行在线实时检测。
CN201711229198.0A 2017-11-29 2017-11-29 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用 Active CN107899543B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711229198.0A CN107899543B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711229198.0A CN107899543B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107899543A CN107899543A (zh) 2018-04-13
CN107899543B true CN107899543B (zh) 2020-06-16

Family

ID=61848089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711229198.0A Active CN107899543B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107899543B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110013828B (zh) * 2019-03-19 2021-09-21 杭州电子科技大学 一种用于烟气脱汞的改性活性炭材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574660A (zh) * 2009-06-11 2009-11-11 上海交通大学 催化烟气中零价汞氧化的掺杂复合型催化剂的制备方法
CN101844074A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 宁夏华辉活性炭股份有限公司 一种烟气脱汞活性炭的制作方法
CN106563482A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 山西新华化工有限责任公司 低温脱硝富氮多孔炭材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574660A (zh) * 2009-06-11 2009-11-11 上海交通大学 催化烟气中零价汞氧化的掺杂复合型催化剂的制备方法
CN101844074A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 宁夏华辉活性炭股份有限公司 一种烟气脱汞活性炭的制作方法
CN106563482A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 山西新华化工有限责任公司 低温脱硝富氮多孔炭材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107899543A (zh) 2018-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108786812B (zh) 一种兼具吸附和催化作用的多孔碳/纳米双金属氧化物复合光催化材料及其制备方法
WO2013059998A1 (zh) 一种用于制备氯乙烯的催化剂及其制备方法及其用途
CN110773218A (zh) 一种氮掺杂生物碳负载金属镍催化剂及其应用
CN106563482B (zh) 低温脱硝富氮多孔炭材料的制备方法
CN110734049A (zh) 一种以邻苯二甲酰亚胺钾制备高比表面积氮掺杂碳材料的方法
CN112705166A (zh) 一种氨水改性桉木活性炭吸附剂的制备方法及应用
CN107899543B (zh) 一种钒铜改性脱汞吸附材料及其制备方法和应用
CN104445188B (zh) 一种利用溶液浸洗脱灰制备稻壳基活性炭的方法
CN112142048A (zh) 一种氧化镍/金属镍复合竹活性炭材料的制备方法及应用
CN114425375A (zh) Ni12P5/TpPa-1-COF光催化剂及其制备方法和在光催化分解水中的应用
CN116272860B (zh) 一种VOCs治理的再生活性炭及其制备方法
CN117142469A (zh) 一种以木质材料为原料生产的溶剂回收活性炭
CN108745351B (zh) 一种具有室温除甲醛性能的复合气凝胶材料及其应用
JP7566271B2 (ja) 炭素－金属複合物の製造方法
CN116651398A (zh) 一种咖啡渣基活性炭及其制备方法与用途
CN111747410A (zh) 一种水热法制备汉麻秆芯基炭材料的方法
CN116510688A (zh) 一种氮掺杂高微孔碳材料及其制备方法和应用
CN113333004B (zh) 一种负载型铜基催化剂的制备方法及应用
CN109289770B (zh) 钇改性甲硫醇吸附材料的制备方法
CN111495410B (zh) 蜂窝陶瓷-多孔炭整体式催化剂、蜂窝陶瓷-多孔炭整体式吸附剂及其制备方法和应用
CN109289806B (zh) 球形甲醛吸附剂的制备方法
CN107115869A (zh) 用于电力钢铁建材烟气低温脱硝的催化剂及其制备方法
CN113877582B (zh) 一种空心Fe2O3涂覆碳催化剂及其制备方法和应用
CN113289682B (zh) 一种CuFe2S3-聚二氨基吡啶三维复合催化剂及其制备方法与应用
CN114572983B (zh) 一种过渡金属催化耦合二氧化碳活化的活性炭制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant