CN108421389A - 一种低温高效湿法脱除Hg0的方法 - Google Patents

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李柳
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Abstract

本发明提供一种低温高效湿法脱除Hg0的方法，属于环境保护技术领域。该方法利用高氧化性的Fenton试剂作为吸收液，通过改变实验过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度不同条件的数值，得出脱除Hg0的最佳实验条件，并对此条件进行优化，在优化后的最佳条件下也可达到同时脱除Hg0、SO2和NOx的目的。该方法在低温条件下，对Hg0具有较优良的净化效率，同时能够高效脱除烟气中的SO2和NOx。本发明工艺原料价廉易得、装置简易、效率高且没有二次污染，具有很高的使用价值。

Description

一种低温高效湿法脱除Hg0的方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别是指一种低温高效湿法脱除Hg0的方法。
背景技术
在大气污染控制技术领域中，由于钢铁烧结过程中排放的废气中存在大量的重金属汞(Hg)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)，这三种污染物不仅严重危害了生态环境，而且给人们的身体健康带来了严重的威胁，因此高效脱除烟气中的Hg、SO2和NOx具有非常重要的环境和健康价值。
钢铁烧结过程中废气中的Hg以零价汞(Hg0)、二价汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)三种形态存在，Hg0较Hg2+和Hg2+等离子态汞更难脱除，因此成为脱除Hg研究的重点和难点。目前废气中气态汞的去除方法主要包括干法和湿法两大类。干法主要指在选择性催化还原(SCR)和烟气脱硫(FGD)过程中将Hg0吸附，此法虽可脱除大部分的元素汞，但存在一定的缺点，例如能量消耗较大、占地面积大且催化剂昂贵等。湿法主要指利用氧化剂例如KMnO4、NaClO2、O3和H2O2等氧化Hg0为较易去除的Hg2+，以达到脱除废气中Hg0的目的，其中H2O2可分解产生氧化性很强的·OH(氧化电极电位为2.8eV)，可在极短时间内将Hg0氧化为Hg2+，然后再结合其他方法去除Hg2+，且其原料价格低廉、装置简易、氧化效率高且无二次污染，这些优点均使其成为脱除Hg0很有前景的一种技术方法。同时，SO2和NOx也可在脱除Hg0的过程中协同去除，从而达到净化废气的目的。
因此，同时脱除钢铁烧结烟气中的Hg0、SO2和NOx具有良好的社会价值和市场应用前景，开发出一种低温条件下能够高效脱汞脱硫脱硝的技术具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低温高效湿法脱除Hg0的方法，该方法利用高氧化性的Fenton试剂作为吸收液，通过改变实验过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度不同条件的数值，得出脱除Hg0的最佳实验条件，并对此条件进行优化，在优化后的最佳条件下也可达到同时脱除Hg0、SO2和NOx的目的。
该方法具体包括步骤如下：
(1)利用H2O2溶液、FeCl3·6H2O和去离子水制成Fenton试剂；
(2)利用测定仪检测出模拟烟气中各个气体组分的浓度，将模拟烟气与步骤(1)中得到的Fenton试剂进行气液接触，并依次改变反应过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度，进行实验；
(3)将步骤(2)反应后的模拟烟气通入测汞仪和烟气分析仪中，得出Hg0、SO2和NOx的出口浓度，并结合步骤(2)中的模拟烟气初始时的组分浓度计算各自的效率。
其中，步骤(1)中Fenton试剂制备中，H2O2溶液、FeCl3·6H2O和去离子水的质量比根据不同的实验条件进行配置。
步骤(1)中的Fenton试剂也可以利用H2O2和Fe3+制成。
步骤(2)中Fe3+的浓度为0.000mol/L-0.012mol/L，优选为0.008mol/L；Hg0的进口浓度为10μg/m3-70μg/m3，优选为40μg/m3；溶液温度为20℃-80℃，优选为50℃；溶液pH为2-9.5，优选为3；H2O2浓度为0.100mol/L-1.100mol/L，优选为0.800mol/L；O2浓度为2％-12％，优选为6％；SO2浓度为100ppm-1600ppm；NOx浓度为200ppm-1200ppm。
步骤(2)中SO2和NOx同时存在时，在SO2浓度分别为400ppm和1300ppm的条件下，NOx的浓度为200ppm-1200ppm。
步骤(2)中反应时间为10min。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，原料来源广且价格低廉，制备工艺简单，无二次污染，便于制备和推广；该样品低温下不仅对Hg0的净化效率高，而且能够协同高效脱除废气中的Hg0、SO2和NOx。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种低温高效湿法脱除Hg0的方法，该方法包括步骤如下：
(1)利用H2O2溶液、FeCl3·6H2O和去离子水制成Fenton试剂；
(2)利用测定仪检测出模拟烟气中各个气体组分的浓度，将模拟烟气与步骤(1)中得到的Fenton试剂进行气液接触，并依次改变反应过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度，进行实验；
(3)将步骤(2)反应后的模拟烟气通入测汞仪和烟气分析仪中，得出Hg0、SO2和NOx的出口浓度，并结合步骤(2)中的模拟烟气初始时的组分浓度计算各自的效率。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1：
利用配气系统模拟废气中的烟气，以氮气(N2)为平衡气，使其以800ml/min的气速流经整个反应系统，在Hg0进口浓度＝40μg/m3、溶液温度＝50℃、溶液pH＝3.0、H2O2浓度＝0.7mol/L、O2浓度＝6％条件下，进行Fe3+浓度在0.000mol/L-0.012mol/L范围内变化的实验，当Fe3+浓度为0.0080mol/L时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到91％。
实施例2：
其他条件与实施例1相同，不同之处在于Fe3+浓度为0.0080mol/L，在溶液温度20℃-80℃范围内变化的实验，当溶液温度为50℃时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到91％。
实施例3：
其他条件与实施例1相同，不同之处在于Fe3+浓度为0.0080mol/L，在溶液pH为3-9.5范围内变化的实验，当溶液pH为3时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到91％。
实施例4：
其他条件与实施例1相同，不同之处在于Fe3+浓度为0.0080mol/L，在H2O2浓度0.100mol/L-1.100mol/L范围内变化的实验，当H2O2浓度为0.700mol/L时，Hg0的脱除效率为91％。
实施例5：
其他条件与实施例1相同，不同之处在于Fe3+浓度为0.0080mol/L，在O2浓度2％-12％范围内变化的实验，当O2浓度为6％时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到91％。
实施例6：
其他条件与实施例1相同，不同之处在于Fe3+浓度为0.0080mol/L，烟气中同时加入SO2和NOx，当SO2浓度为1300ppm，NO浓度为800ppm时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到93％，此条件下SO2的脱除效率87％，NOx的脱除效率65％。
对比例1：
通过实例1、实例2、实例3、实例4和实例5可知，Fe3+浓度、溶液温度和溶液pH和H2O2浓度对Hg0的脱除有作用。当Fe3+浓度为0.0080mol/L、溶液温度为50℃、溶液pH为3、H2O2浓度为0.700mol/L、O2浓度为6％时，Hg0的脱除率可达到91％。
通过实例4、实例6的比较可见，当体系中SO2和NOx同时存在时Hg0的脱除效率有所提高，说明SO2和NOx同时存在烟气中时会在一定程度上促进Hg0的脱除。当SO2浓度为1300ppm，NO浓度为800ppm时，H2O2/Fe3+试剂对Hg0的脱除效率可达到93％。此条件下SO2的脱除效率可达87％，NOx的脱除效率可达65％。
综上所述，本发明中利用高氧化性的Fenton试剂作为吸收液，通过改变实验过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度不同条件的数值，可得出脱除Hg0的最佳实验条件。其吸收液制备过程简单，原料廉价易得，高效且无二次污染，具有很好的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)利用H2O2溶液、FeCl3·6H2O和去离子水制成Fenton试剂；
(2)利用测定仪检测出模拟烟气中各个气体组分的浓度，将模拟烟气与步骤(1)中得到的Fenton试剂进行气液接触，并依次改变反应过程中Fe3+浓度、Hg0进口浓度、溶液温度、溶液pH、H2O2浓度、O2浓度、SO2浓度和NOx浓度，进行探究实验；
(3)将步骤(2)反应后的模拟烟气通入测汞仪和烟气分析仪中，得出Hg0、SO2和NOx的出口浓度，并结合步骤(2)中的模拟烟气初始时的组分浓度计算各自的效率。
2.根据权利要求1所述的低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：所述步骤(1)中Fenton试剂制备中，FeCl3·6H2O和H2O2溶液的质量比为0-0.12。
3.根据权利要求1所述的低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Fenton试剂利用H2O2和Fe3+制成。
4.根据权利要求1所述的低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：所述步骤(2)中Fe3 +的浓度为0.000mol/L-0.012mol/L；Hg0的进口浓度为40μg/m3；溶液温度为20℃-80℃；溶液pH为2-9.5；H2O2浓度为0.100mol/L-1.100mol/L；O2浓度为2％-12％；SO2浓度为100ppm-1600ppm；NOx浓度为200ppm-1200ppm。
5.根据权利要求1所述的低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：所述步骤(2)中SO2和NOx同时存在时，在SO2浓度分别为400ppm和1300ppm的条件下，NOx的浓度为200ppm-1200ppm。
6.根据权利要求1所述的低温高效湿法脱除Hg0的方法，其特征在于：所述步骤(2)中反应时间为10min。
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