CN108187617A - 一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用 - Google Patents

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Abstract

一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用，所述方法是作为吸附剂基体的燃煤飞灰中的金属氧化物Fe2O3和MgO作为氧化吸附Hg0的有效组分；在制备飞灰骨料的同时，CaO变成Ca(OH)2也会增加飞灰骨料的孔隙率；所述应用是用于80‑300℃温区内高精度脱除燃煤烟气中的Hg0 至4μg/m3。本方法所制备的吸附剂孔隙结构较好，比表面积大于180m2/g，所用飞灰、玉米芯、钠基膨润土和羧甲基纤维素钠廉价易得，制备工艺简单易行，并具有较好的机械强度，大于60N/mm2，可广泛用于脱除各种燃煤烟气中的Hg0。

Description

一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用
技术领域
本发明涉及一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用，尤其是一种脱除燃煤烟气中Hg0用多孔飞灰吸附剂的制备方法及其该吸附剂的应用。
背景技术
煤作为一种重要的化石能源，其清洁转化对可持续发展事关重要，煤燃烧用于发电又是目前煤炭利用的主要方式，《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011明确提出，从2015年1月1日起燃煤锅炉烟气中汞及其化合物污染物排放限值为30μg/m3，2017年8月16日中国作为签约国的全球汞污染控制公约《关于汞的水俣公约》正式生效，进一步强化了对汞排放的重视，因此燃煤烟气中汞的污染问题也越来越成为人们关注的焦点，燃煤烟气中，Hg0占烟气汞的比例最大也最难脱除，其挥发性强且不溶于水，可在人为排入环境后持久存在，同时有能力在各种生态系统中进行生物累积，对人体健康和环境产生重大不利影响，还可在大气中作远距离迁移，极易通过大气扩散造成全球性的汞污染，因而成为亟待解决的问题，但目前还没有成熟的工业化脱汞技术应用于燃煤烟气中汞的脱除。
有效控制燃煤烟气中Hg0的排放，已成为一项迫切需要解决的技术难题，目前对Hg0脱除的研究也很多，且采用在飞灰中载卤族元素用于脱除Hg0的研究也很多，但已有研究结果表明脱除精度均较低不能满足环保排放要求，且吸附剂循环稳定性较差，如果能以燃煤废弃物飞灰为基体，采用一种工艺简单的方法制备出脱除精度较高和循环稳定性较好的吸附剂用于Hg0的脱除，既能够满足环保排放要求，又节约成本，可以实现以废治废的目的。
发明内容
本发明提供一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用，用以解决现有制备脱除燃煤烟气中的Hg0吸附剂存在的工艺过程复杂，成本较高，所制备的吸附剂脱除精度低，循环稳定性差等问题。
上述问题是通过以下技术方案解决的。
一种多孔吸附剂的制备方法，其特征在于：所述方法是将飞灰骨料与粘结改性剂和造孔剂混合并挤条成型经高温煅烧制得，具体工艺步骤如下：
Ⅰ、将飞灰筛分成0.1-0.15mm的粒度；
Ⅱ、将步骤Ⅰ筛分的飞灰与CaO粉末按质量比为4∶1-5∶3的比例混合，加适量去离子水配置成混合溶液置于锥形瓶内，之后将此锥形瓶放入水浴锅内于40-60℃下匀速搅拌15-60min后，过滤掉多余的液体，得到浆状样品；
Ⅲ、将步骤Ⅱ得到的浆状样品，在空气干燥箱中在50-70℃下干燥5-12h，得到粉末状飞灰骨料；
Ⅳ、将步骤Ⅲ得到的飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶4∶1∶2-12∶6∶2∶4混合，再添加适量去离子水并挤条制成直径2-4mm，高2-5mm的圆柱形颗粒；
Ⅴ、将步骤Ⅳ得到的圆柱形颗粒放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h；
Ⅵ、将步骤Ⅴ得到的干燥后的圆柱形颗粒置于马弗炉内从室温升至700-760℃下恒温2-5h，自然冷却至室温后取出，即制得吸附剂。
进一步地，附加技术方案是所述飞灰是煤粉炉飞灰，所述煤粉炉飞灰的Fe2O3含量大于6%， MgO含量大于3%。
一种如上所述的多孔飞灰吸附剂的制备方法，其特征在于：所制备的多孔飞灰吸附剂是在80-300℃温区内脱除燃煤烟气中的Hg0 ，脱除精度达到4μg/m3。
实现本发明上述所提供的一种多孔飞灰吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用，与现有技术相比，其优点与积极效果在于：本发明所用飞灰为燃煤固体废弃物，作为吸附剂基体的飞灰中的金属氧化物Fe2O3和MgO可以将Hg0氧化为Hg2+，便于汞的脱除，在制备飞灰骨料的同时，CaO变成Ca(OH)2也会增加飞灰骨料的孔隙率，所用造孔剂玉米芯，粘结改性剂钠基膨润土和羧甲基纤维素钠价格低廉，且制备工艺简单。
本方法制备的吸附剂具有较发达的孔隙结构，且微孔丰富，可在80-300℃温区内高精度脱除燃煤烟气中的Hg0 至4μg/m3，并有较好的稳定性，可广泛用于深度脱除各种燃煤烟气中的Hg0的净化领域，而且混合法制备吸附剂的特点在于，可以使各组成成分混合均匀，使吸附剂的孔分布均匀，吸附剂机械强度较高，机械强度高达60N/mm2，热稳定性好，造孔剂玉米芯的含量，粘结改性剂钠基膨润土和羧甲基纤维素钠的含量，及煅烧温度和煅烧时间会通过影响吸附剂的孔隙结构及机械强度来影响其性能。
本方法制得多孔飞灰吸附剂的评价指标：当出口Hg0浓度大于4μg/m3, 即认为吸附剂穿透，吸附剂穿透之前的吸附时间定义为穿透时间，穿透时间内的累积汞容即为吸附剂汞容。
附图说明
图1是本方法制得的多孔飞灰吸附剂Ⅱ在120℃下脱除Hg0的曲线图。
具体实施方式
下面对发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施方式1
称取100g粒度为 0.1-0.15mm的筛分飞灰，与40g CaO粉末混合，加40ml
去离子水配置成混合溶液置于锥形瓶内，将锥形瓶放入水浴锅内于50℃下匀速搅拌20min后，过滤掉多余的液体，将得到的浆状样品在空气干燥箱中在60℃下干燥10h，得到粉末状飞灰骨料，再将飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶4∶2∶1混合，加30ml去离子水并挤条制成直径2mm、高3mm的圆柱形颗粒，并放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h，最后在马弗炉内从室温升至700℃下恒温5h，自然冷却至室温制得多孔飞灰吸附剂Ⅰ。在180℃的温度下进行脱除Hg0实验，反应气体组成（体积比）为3%O2、 5% CO2、 40μg/m3的Hg0，N2平衡，空速为10000h-1，吸附剂质量为2.3g。Hg0出口浓度达到4μg/m3时，该吸附剂的汞容为4.08μg/g，穿透时间为180min。
实施方式2
称取80g粒度为 0.1-0.15mm的筛分飞灰，与20g CaO粉末混合，加40ml
去离子水配置成混合溶液置于锥形瓶内，将锥形瓶放入水浴锅内于47℃下匀速搅拌25min后，过滤掉多余的液体，将得到的浆状样品在空气干燥箱中在68℃下干燥8h，得到粉末状飞灰骨料，再将飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶5∶1∶2混合，加30ml去离子水并挤条制成直径2mm、高2mm的圆柱形颗粒，并放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h，最后在马弗炉内从室温升至760℃下恒温3h，自然冷却至室温制得多孔飞灰吸附剂Ⅱ。在120℃的温度下进行脱除Hg0实验，反应气体组成（体积比）为 3%O2、 5% CO2、 40μg/m3的Hg0，N2平衡，空速为10000h-1，吸附剂质量为2.3g。Hg0出口浓度达到4μg/m3时，该吸附剂的汞容为9.51μg/g，穿透时间为320min。
实施方式3
称取80g粒度为 0.1-0.15mm的筛分飞灰，与20g CaO粉末混合，加40ml
去离子水配置成混合溶液置于锥形瓶内，将锥形瓶放入水浴锅内于50℃下匀速搅拌20min后，过滤掉多余的液体，将得到的浆状样品在空气干燥箱中在60℃下干燥10h，得到粉末状飞灰骨料，再将飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶5∶1∶3混合，加30ml去离子水并挤条制成直径3mm、高3mm的圆柱形颗粒，并放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h，最后在马弗炉内从室温升至730℃下恒温3h，自然冷却至室温制得多孔飞灰吸附剂Ⅲ。在180℃的温度下进行脱除Hg0实验，反应气体组成（体积比）为 3%O2、 5% CO2、 40μg/m3的Hg0，N2平衡，空速为10000h-1，吸附剂质量为2.3g。Hg0出口浓度达到4μg/m3时，该吸附剂的汞容为6.39μg/g，穿透时间为240min。
实施方式4
称取80g粒度为 0.1-0.15mm的筛分飞灰，与20g CaO粉末混合，加40ml
去离子水配置成混合溶液置于锥形瓶内，将锥形瓶放入水浴锅内于50℃下匀速搅拌20min后，过滤掉多余的液体，将得到的浆状样品在空气干燥箱中在60℃下干燥10h，得到粉末状飞灰骨料，再将飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶6∶1∶2混合，加30ml去离子水并挤条制成直径2mm、高2mm的圆柱形颗粒，并放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h，最后在马弗炉内从室温升至730℃下恒温2h，自然冷却至室温制得多孔飞灰吸附剂Ⅳ。在300℃的温度下进行脱除Hg0实验，反应气体组成（体积比）为 3%O2、 5% CO2、 40μg/m3的Hg0，N2平衡，空速为10000h-1，吸附剂质量为2.3g。Hg0出口浓度达到4μg/m3时，该吸附剂的汞容为5.22μg/g，穿透时间为210min。

Claims (3)

1.一种多孔飞灰吸附剂的制备方法，其特征在于：所述方法是将飞灰骨料与粘结改性剂和造孔剂混合并挤条成型经高温煅烧制得，具体工艺步骤如下：
Ⅰ、将飞灰筛分成0.1-0.15mm的粒度；
Ⅱ、将步骤Ⅰ筛分的飞灰与CaO粉末按质量比为4∶1-5∶3的比例混合，加适量水配置成混合溶液置于锥形瓶内，之后将此锥形瓶放入水浴锅内于40-60℃下匀速搅拌15-60min后，过滤掉多余的液体，得到浆状样品；
Ⅲ、将步骤Ⅱ得到的浆状样品，空气干燥箱中在50-70℃下干燥5-12h，得到粉末状飞灰骨料；
Ⅳ、将步骤Ⅲ得到的飞灰骨料粉末与钠基膨润土、羧甲基纤维素钠和粉状玉米芯按质量比为12∶4∶1∶2-12∶6∶2∶4混合，再添加适量去离子水并挤条制成直径2-4mm，高2-5mm的圆柱形颗粒；
Ⅴ、将步骤Ⅳ得到的圆柱形颗粒放入空气干燥箱内在50和90℃下分别干燥5h；
Ⅵ、将步骤Ⅴ得到的干燥后的圆柱形颗粒置于马弗炉内从室温升至700-760℃下恒温2-5h，自然冷却至室温后取出，即制得多孔飞灰吸附剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述飞灰是煤粉炉飞灰，所述煤粉炉飞灰的Fe2O3含量大于6%， MgO含量大于3%。
3.一种如权利要求1所述的多孔飞灰吸附剂的制备方法，其特征在于：所制备的多孔飞灰吸附剂是在80-300℃温区内脱除燃煤烟气中的Hg0 ，脱除精度达到4μg/m3。
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