CN108993375A - 一种脱汞用锰铁铈吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下重量份数的原料制备而成：乙酸锰1‑6，硝酸铈2‑12，硝酸铁1‑6，去离子水50‑70。本发明还提供了上述脱汞用锰铁铈吸附材料的制备方法，将乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁、去离子水充分搅拌溶解，经干燥处理，然后进行焙烧，冷却取出后碾压、筛出，形成锰铁铈脱汞吸附材料。本发明原料来源广泛、工艺简单可控、操作条件温和，所得锰铁铈脱汞吸附材料在一定气氛条件下的脱汞率可达到90%以上，且在较长时间内能稳定维持一定的高活性，在汞污染控制领域有着广阔的应用前景。

Description

一种脱汞用锰铁铈吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种脱汞材料，具体来说是一种脱汞用锰铁铈吸附剂及其制备方法。
背景技术
汞具有持久性、迁移性、高度的生物富集性和强毒性等特性，是重金属中唯一一种对全球范围产生影响的化学物质，环境汞污染将对人群健康造成极大的危害，已被公认为全球最优先考虑的持久性环境污染物之一。
目前活性炭吸附方法是近年来广为应用的脱汞技术，但是由于运行过程中C/Hg比非常大，为了获得一定的脱汞效率，活性炭的消耗量非常巨大(不回收)，脱汞运行成本高。工程上应用最多的选择性催化还原脱硝(SCR)技术是近年来被广泛研究的脱汞技术，在对Hg0催化氧化技术中，Hg 0催化剂主要包括：SCR催化剂、贵金属催化剂、过渡金属及其氧化物催化剂等。
金属锰和铁在高价态具有较强的催化氧化活性，且Fe2+和Mn2+/Mn3+之间不同的氧化动力学使其具有化学异质性。此外，Mn(尤其是Mn4+)在颗粒表面的富集可使阳离子空位在表面的百分比明显增加，使得它对元素汞的捕获能力更强，更容易分离吸附剂和从粉煤灰中吸附汞，用来回收、再生和对吸附汞的安全处置。金属铈具有强大的储氧能力，且在不同气氛条件下可以实现Ce3+/Ce4+的转换，有助于单质汞的氧化，提高脱汞效率。因此，在现有研究基础之上研究锰铁铈吸附剂，提高其催化氧化性能，对开发高效脱汞用吸附材料具有非常重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种脱汞用锰铁铈吸附剂及其制备方法，所述的这种脱汞用锰铁铈吸附剂及其制备方法要解决现有技术中的脱汞技术运行成本高、脱汞效果不佳的技术问题。
本发明提供了一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下重量份数的原料制备而成：
进一步的，上述的一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下重量份的原料制成：
本发明还提供了上述的一种脱汞用锰铁铈吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照重量份数称取乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁、去离子水；
2)将乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁混合，加入去离子水，置于容器之中，用磁力搅拌器搅拌使固体充分溶解；
3)将容器放进100℃-150℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥15-20小时；
4)然后将步骤3)获得的样品在400℃-600℃的马弗炉中焙烧5-8小时，冷却后取出碾压、筛出40～80目的催化剂颗粒，即得到脱汞用锰铁铈吸附材料。
具体的，在步骤2)中，用磁力搅拌器搅拌50-80分钟使固体充分溶解。
本发明的脱汞原理为：在本发明中，锰和铁的氧化物中晶格氧可以起到催化氧化作用，遵循Mars-Macsscn机制，将Hg0氧化为HgO，使其吸附在催化剂表面。锰和铁的化合物具有良好的磁性、导电性和催化性能，有利于催化反应的发生。另外，由于其晶体结构中的金属阳离子可被其他不同氧化态元素取代，从而形成晶体结构缺陷，促使催化剂表面活性位的形成。与此同时，因为Fe3+和Mn2+/Mn3+之间存在氧化动力学差异，在氧化过程中会出现Mn4+和阳离子空位在矿物表面富集，有利于Hg0在催化剂表面吸附。铈的氧化物CeO2在反应过程中可起到辅助剂的作用，既可以提供氧空位，也可以拓宽催化剂的活性温度范围。除此之外，MnOx与CeO2的结合促进了活性物质在表面的分布，同时产生了更多的活性氧，正是这些活性物质促进了单质汞的氧化，提高催化剂的除汞效率。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明提供了一种工艺简单可控、操作条件温和、脱汞性能良好的制备脱汞用锰铁铈吸附材料的方法。所得的锰铁铈脱汞吸附材料在一定的气氛条件下的脱汞率可达90％以上，且在较长时间内能稳定维持一定的高活性，在汞污染控制领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是对实施例1中XRD的成分分析。
图2是对实施例2中XRD的成分分析。
图3是实施例1和实施例2制备的脱汞用锰铁铈吸附剂的脱汞效率图。
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
一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下重量份的原料制成：
所述一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下具体步骤制备制成：
(1)将乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁混合，加入去离子水，置于容器之中，用磁力搅拌器搅拌60分钟使固体充分溶解；
(2)将容器放进120℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥18小时；
(3)将样品在500℃的马弗炉中焙烧6小时，经充分冷却后取出碾压、筛出40～80目的催化剂颗粒，便可得到所制备的样品。
所制备的锰铁铈吸附剂在恒温120℃下，在高纯氮气气氛下，氮气流量为1.3L/min，进口汞蒸汽浓度1.24μg/m3。反应60分钟，前5分钟脱汞效率基本为零，5-50分钟脱汞效率逐渐增加并趋于稳定，之后脱汞效率渐渐降低。反应60分钟后的脱汞效率为66.36％。
实施例2
一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下重量份的原料制成：
所述一种脱汞用锰铁铈吸附材料，由以下具体步骤制备制成：
(1)将乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁混合，加入去离子水，置于容器之中，用磁力搅拌器搅拌60分钟使固体充分溶解；
(2)将容器放进120℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥18小时；
(3)将样品在500℃的马弗炉中焙烧6小时，经充分冷却后取出碾压、筛出40～80目的催化剂颗粒，便可得到所制备的样品。
所制备的锰铁铈吸附剂在恒温120℃下，在高纯氮气气氛下，氮气流量为1.3L/min，进口汞蒸汽浓度1.24μg/m3，反应120分钟，前15分钟脱汞效率基本为零，之后脱汞效率逐渐增加并最终提高至90％以上。反应120钟后的脱汞效率接近100％。

Claims (3)

1.一种脱汞用锰铁铈吸附材料，其特征在于由以下重量份数的原料制备而成：
乙酸锰 1-6；
硝酸铈 2-12；
硝酸铁 1-6；
去离子水 50-70。
2.根据权利要求1所述的一种脱汞用锰铁铈吸附材料，特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
乙酸锰 5；
硝酸铈 10；
硝酸铁 2.8；
去离子水 50。
3.权利要求1或者2所述的一种脱汞用锰铁铈吸附材料的制备方法，特征在于包括以下步骤：
1）按照重量份数称取乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁、去离子水；
2）将乙酸锰、硝酸铈、硝酸铁混合，加入去离子水，置于容器之中，用磁力搅拌器搅拌使固体充分溶解；
3）将容器放进100℃-150℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥15-20小时；
4）然后将步骤3）获得的样品在400℃-600℃的马弗炉中焙烧5-8小时，冷却后取出碾压、筛出40～80目的催化剂颗粒，即得到脱汞用锰铁铈吸附材料。
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