CN108107161A - 评价氧化态汞吸附材料性能的装置 - Google Patents
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Abstract
一种评价氧化态汞吸附材料性能的装置，包括：标准气发生单元，产生不含氧化态汞的气体；氧化态汞发生单元，产生含氧化态汞的气体；混合模拟单元，混合所述标准气发生单元和所述氧化态汞发生单元产生的气体形成模拟烟气；吸附单元，容纳待评价的吸附材料；以及检测单元，通过检测所述混合模拟单元产生的模拟烟气中的汞含量和所述吸附材料吸附后的气体中的汞含量计算吸附材料的吸附量。本发明的装置能够产生定量的模拟烟气，能够保证氧化态汞烟气的纯净性；该装置能够定量评价吸附材料对模拟烟气的吸附效果，以及材料的再生性能，解决现场条件复杂、取样难等问题。
Description
技术领域
本发明属于大气环境治理领域，具体涉及对氧化态汞吸附材料进行性能评价的装置。
背景技术
二价汞(Hg2+)是威胁人类健康的有毒重金属离子之一。它会在人体内富集，引起肾衰竭、失明、中枢神经受损、皮肤病等疾病。同时，Hg2+会对环境造成严重污染，破坏生态系统平衡。加强对Hg2+的控制以保障人类食品和饮用水的安全显得极其重要。Senior指出：煤燃烧过程造成的汞排放中，单质汞大约占20-50％，二价汞约占50-80％(Senior C L.AFundamental Study of Mercury Partitioning in Coal-Fired Power Plant Flue Gas[J].1997.)。Prestbo等人在14个电站进行的现场实验表明：单质汞和二价汞在燃煤电站烟气中的相对百分比分别为6-60％和40-94％(Prestbo E M,Bloom N S.Mercuryspeciation adsorption(MESA)method for combustion flue gas:Methodology,artifacts,intercomparison,and atmospheric implications[J].Water Air&SoilPollution,1995,80(1-4):145-158.)。一般来说，供给煤中氯含量越高，则烟气中二价汞浓度越高。
现有湿式FGD系统脱除汞效率一般在0-90％，平均为45％。在一些条件下(pH为4.0左右)，FGD中的石灰石洗涤器会将已经吸附的Hg2+再还原为Hg0，反而提高排放烟气中Hg0的排放浓度。因此，采用可吸附Hg2+，又能进行多次再生的吸附材料，是解决烟气中Hg2+的较好方法，而吸附性能与再生性能是衡量材料对Hg2+吸附效果的重要指标，故需要一种能够在稳定、准确的条件下，对材料对Hg2+的吸附能力及材料本身的再生性能做出准确评价的装置。
目前没有文献报道，持续、稳定在实验室内进行模拟烟气的模拟实验，也未有专利对材料对Hg2+的吸附能力进行评价。目前一般都对水体、脱硫浆液等基质中的模拟脱除进行研究、或是在燃煤电厂运用实际烟气进行实验，伴有现场条件复杂、采样难等问题。所以在实验室内，采用稳定、准确的方法对氧化态烟气吸附材料进行评价，能够避免诸多问题，对氧化态汞在吸附材料上进行的吸附机理过程也能进行较准确的分析。
发明内容
本发明提供一种评价氧化态汞吸附材料性能的装置，以填补现有技术中没有对氧化态烟气吸附材料进行评价的空白。
一种评价氧化态汞吸附材料性能的装置，包括：标准气发生单元，产生不含氧化态汞的气体；氧化态汞发生单元，产生含氧化态汞的气体；混合模拟单元，混合所述标准气发生单元和所述氧化态汞发生单元产生的气体形成模拟烟气；吸附单元，容纳待评价的吸附材料；以及检测单元，通过检测所述混合模拟单元产生的模拟烟气中的汞含量和所述吸附材料吸附后的气体中的汞含量计算吸附材料的吸附量。
根据本发明的一实施方式，所述标准气发生单元多个子单元，每一子单元产生一种组分的气体。
根据本发明的另一实施方式，所述氧化态汞发生单元包括汽化装置，用于将氧化态汞源溶液汽化。
根据本发明的另一实施方式，所述氧化态汞源溶液为汞标准溶液与质量百分比为5％～10％的优级纯硝酸溶液的混合液。
根据本发明的另一实施方式，所述汽化装置和所述混合模拟单元之间连接有伴热管道。
根据本发明的另一实施方式，所述混合模拟单元和所述吸附单元之间连接有伴热管道。
根据本发明的另一实施方式，所述吸附单元包括加热装置。
根据本发明的另一实施方式，所述检测单元包括吸收含氧化态汞气体的吸收瓶。
根据本发明的另一实施方式，所述吸收瓶包括质量百分比为5％～10％硝酸溶液和质量百分比为0.05％～1％重铬酸钾的混合溶液。
与现有技术相比，本发明的装置能够产生定量的模拟烟气，能够保证氧化态汞烟气的纯净性；该装置能够定量评价吸附材料对模拟烟气的吸附效果，以及材料的再生性能，解决现场条件复杂、取样难等问题。更进一步，由于该装置中的标准气发生单元中分别独立产生各种气体，因此可根据实际需要来调节烟气内组分，可考察各气氛条件下对吸附效果的影响。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明的评价氧化态汞吸附材料性能的装置的示意图。
图2是示出实施例1的陶瓷纳米材料对氧化态汞的吸附性能评价图。
其中，附图标记说明如下：
1-主路、10-标准气发生单元、11a,11b,11c,11d,21-过滤器12a,12b,12c,12d,14a,14b,14c,14d,22,24,51-球阀、13a,13b,13c,13d,23-流量控制器、15a,15b,15c,15d,25-单向阀、2-旁路、20-氧化态汞发生单元、26-蠕动泵、27-储液罐、28-分析天平、29-汽化装置、210-伴热管路、3-切换阀、30-混合模拟单元、40-吸附单元、41-吸热材料、42-热电偶、50-检测单元、52-排气口、53-第一采样口、54-第二采样口、55-尾气处理瓶、56,57-大气采样器。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
如图1所示，评价氧化态汞吸附材料性能的装置包括标准气发生单元10、氧化态汞发生单元20、混合模拟单元30、吸附单元40、检测单元50。
图1中标准气发生单元10以包括4条气体流路为例，每条流路流通一种气体，可以根据模拟气体中组分的种类设置具体数量的流路。不同压缩气瓶分别与各流路相连通，各类气体分别顺次通过过滤器11a,11b,11c,11d、球阀12a,12b,12c,12d、流量控制器13a,13b,13c,13d、球阀14a,14b,14c,14d和单向阀15a,15b,15c,15d。过滤器11a,11b,11c,11d滤除各类气体中的固体杂质。通过球阀12a,12b,12c,12d、流量控制器13a,13b,13c,13d、球阀14a,14b,14c,14d控制各类气体的流量，最后通过单向阀15a,15b,15c,15d流入混合模拟单元30中。
氧化态汞发生单元20，包括过滤器21、球阀22、流量控制器23、球阀24和单向阀25、蠕动泵26、储液罐27、分析天平28、汽化装置29。载气依次通过过滤器21、球阀22、流量控制器23、球阀24和单向阀25通过蠕动泵26流入汽化装置29中，携带汽化的氧化态汞气体进入混合模拟单元30中。载气可以是氮气或惰性气体。蠕动泵26定量抽取分析天平28上的氧化态汞源溶液注入汽化装置28中。氧化态汞源溶液，可以采用市售汞标准溶液(0.1mL～1mL)与质量百分含量为5％～10％的优级纯硝酸溶液进行不同比例混合得到。将氧化态汞源溶液置于储液罐27中，并放置于分析天平28中，通过蠕动泵26进行源溶液的抽取。利用分析天平28可准确计量抽取源溶液的质量，并注入汽化装置29中，汽化装置29温度为190℃～250℃，通入载气后将氧化态汞通入混合模拟单元30中，与标准气发生单元10产生的气体均匀混合形成模拟烟气。汽化装置28流出的气体的管路外还可以设置伴热管路210，以保证汽化装置28流出模拟的气体不会凝结。伴热温度可以为100℃～150℃。
从混合模拟单元30流出的模拟烟气通过切换阀3可以流入主路1，然后流入吸附单元40。切换阀3也可以控制模拟烟气流入旁路2，进入检测单元50。从混合模拟单元30至切换阀3之间也可以设置伴热管路210，以防止模拟的气体凝结。
吸附单元40中放置定量的吸附材料41，吸附材料41可以是粉末状、块状、颗粒状。吸附单元40还包括加热装置，保持吸附单元40的温度处于吸附材料工作环境的温度，使汽化后的氧化态汞保持气态，一般为150℃～250℃，例如可以是180℃左右。可以通过监控热电偶42显示的吸附单元4内部温度，来调节加热装置以保持吸附单元40内部温度在上述范围。
检测单元50包括球阀51、排气口52、第一采样口53、第二采样口54、尾气处理瓶55和大气采样器56,57。从混合模拟单元30流出的模拟烟气通过切换阀3切换到旁路2，使模拟烟气不通过吸附材料41，在第一采样口53处连接大气采样器56，并将烟气收集到采样器56的吸收瓶中，吸收瓶中装有5％～10％硝酸溶液+0.05％～1％重铬酸钾溶液，通过测汞仪对吸收液进行总汞含量的测定，作为吸附前的氧化态汞浓度1。从混合模拟单元30流出的模拟烟气通过切换阀3切换到主路1，使模拟烟气通过吸附材料41，并在第二采样口54处连接大气采样器57，并将烟气收集到采样器57的吸收瓶中，吸收瓶中装有5％～10％硝酸溶液+0.05％～1％重铬酸钾溶液，通过测汞仪对吸收液进行总汞含量的测定，作为吸附后的氧化态汞浓度2。将浓度1与浓度2进行计算可得吸附材料41对氧化态汞烟气的吸附率。平行于采样口53、54处设置了排气口52，排气口52外接装有高锰酸钾硫酸溶液的尾气吸收瓶55用于处理通过球阀51和旁路2流出的尾气。
待吸附材料41吸附饱和后，可进行原位再生。在500℃～600℃下通入惰性气体(图中未示出)，进行氧化态汞的脱附，再生结束后可通过该装置再次进行对氧化态汞的吸附实验，并可通过多次重复以上步骤，得到材料对氧化态汞的吸附性能，以及材料再生性能。
实施例1
通过本发明装置的标准气发生单元10、氧化态汞发生单元20和混合模拟单元30，模拟产生出模拟氧化态汞浓度为100μg/m3的烟气，与燃煤电厂实际烟气中氧化态汞的实际浓度接近，并且不含颗粒态汞、飞灰、二噁英、单质汞等诸多杂质及其他污染物。吸附材料41为陶瓷纳米单分子多孔材料。取用定量陶瓷纳米材料装填在吸附单元40的石英管内，两端填充少量石英棉，保持吸附温度恒定，以2L/min的流速通过模拟烟气，烟气在吸附单元40中停留时间0.1875s后，在吸附单元40后，连接大气采样器及吸收瓶(5％硝酸溶液+0.05％重铬酸钾溶液)，对其中的总汞含量经由Lumex RA-915M汞分析仪得到。如图2所示，该陶瓷纳米材料对Hg2+的吸附效率较高，通过计算得到陶瓷纳米材料对价态汞吸附量在4818μg(Hg2 +)/g(陶瓷纳米材料)时，吸附效率仍为75.70％。将陶瓷纳米材料在温度为600℃下再生两小时，再对其Hg2+吸附效果作出评价，结果显示，再生3次后，该材料依然对Hg2+有较高的吸附效率，且再生后的环保功能材料质量损失率小于0.5％。因此可以看出，该材料对Hg2+、Hg+以及分子态的汞化合物有极强的吸附作用，且可反复再生。
本发明的评价装置，解决了现场条件复杂、难以对材料吸附、再生性能等作出评价等问题便于对材料吸附性能进行更准确的评价。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，包括：
标准气发生单元，产生不含氧化态汞的气体；
氧化态汞发生单元，产生含氧化态汞的气体；
混合模拟单元，混合所述标准气发生单元和所述氧化态汞发生单元产生的气体形成模拟烟气；
吸附单元，容纳待评价的吸附材料；以及
检测单元，通过检测所述混合模拟单元产生的模拟烟气中的汞含量和所述吸附材料吸附后的气体中的汞含量计算吸附材料的吸附量。
2.根据权利要求1所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述标准气发生单元多个子单元，每一子单元产生一种组分的气体。
3.根据权利要求1所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述氧化态汞发生单元包括汽化装置，用于将氧化态汞源溶液汽化。
4.根据权利要求3所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述氧化态汞源溶液为汞标准溶液与质量百分比为5％～10％的优级纯硝酸溶液的混合液。
5.根据权利要求3所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述汽化装置和所述混合模拟单元之间连接有伴热管道。
6.根据权利要求1所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述混合模拟单元和所述吸附单元之间连接有伴热管道。
7.根据权利要求1所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述吸附单元包括加热装置。
8.根据权利要求1所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述检测单元包括吸收含氧化态汞气体的吸收瓶。
9.根据权利要求7所述的评价氧化态汞吸附材料性能的装置，其特征在于，所述吸收瓶包括质量百分比为5％～10％硝酸溶液和质量百分比为0.05％～1％重铬酸钾的混合溶液。
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