CN109425566A - 一种汞吸附材料的性能测试方法 - Google Patents

Abstract

一种汞吸附材料的性能测试方法，测试装置为吸附管，设定测试条件和气体流量并进行吸附测试，根据吸附效率下降的程度C、再生衰减速率ρ和吸附容量G，最终得出吸附材料的综合吸附性能评价指数I：I＝5ρ+36G/C^0.5。本发明测试方法测试设备简单，测试结果可靠，测试周期短，重复性高，既可以做为单独材料的判定论据也可以作为多种材料的选择依据，为汞吸附材料的选择提供了依据。

Description

一种汞吸附材料的性能测试方法

技术领域

本发明属于环保材料性能评价技术领域，具体涉及一种颗粒状或海绵状汞吸附材料的性能测试方法，用于汞吸附材料研发和含汞废气治理时吸附材料筛选。

背景技术

汞长期存在且全球迁移，具有持久性、生物蓄积性和高毒性。我国涉汞行业众多，如原生汞生产行业、电石法聚氯乙烯行业、添汞产品生产、燃煤行业、有色金属冶炼行业、金矿采冶、水泥、含汞废物处置、殡葬、石油天然气等行业，在上述行业中，汞主要以气态汞形态释放进入环境，造成严重的汞污染。

气态汞污染治理技术众多，汞吸附功能材料以其吸附容量大、低成本运行的优势愈发受到重视。汞吸附材料有粉体吸附剂，使用时将吸附剂喷入烟气管道中与烟气混合吸附汞，使用温度较高，到收尘部位时吸附剂和烟尘一起收集混合，不可再生使用，φ1~10mm颗粒状吸附材料和可做成任意形状的海绵状吸附材料，在收尘后低温甚至常温使用，吸附汞后可通过加热使汞解析出来回收，材料可重复使用并回收汞，而在颗粒状或海绵状吸附材料的研发和工业设计吸附材料的选择过程中，因吸附材料众多，实验周期较长，配气成本很高，尚缺少一种易于操作的吸附材料测试方法，严重影响了新产品研发的进程，增大了材料选择的难度。

公告号CN203396763U公开了一种脱汞吸附剂性能评价装置，该装置仅能评价粉体吸附剂性能，采用粉体吸附剂与石英砂机械混合方式进行测定，吸附剂与石英砂粒径及密度不同，无法保证吸附剂的均匀性，较大气流通过时加剧吸附剂的分布不均，影响其测量的准确性，而且对于工业应用的表面改性处理的颗粒状或海绵状吸附材料，用该装置无法进行评价。

通常，吸附材料的汞吸附性能与材料性质、使用温度、使用气氛、含汞气体与吸附材料的接触吸附时间等有关，而材料性质为其中关键因素，在其它因素相同的条件下，不同材料汞吸附性能差异很大。在工业使用过程中，上述条件除材料外都存在较大波动，要准确模拟工业气氛存在困难，造成汞吸附材料性能评价数据误差很大，因此只需对吸附材料进行简易测试即可筛选。

测试吸附材料的性能，主要考察其汞吸附效率、汞吸附容量以及材料加热脱汞再生回用时汞吸附效率及容量的衰减速度。应用中随吸附材料使用时间延长，汞吸附效率逐渐下降，基于废气脱汞效率、投资及运行成本考虑，吸附效率降为初始效率的70~80%时，吸附材料就需要再生，以保证脱汞效果。

综上所述，为解决汞环境污染问题，汞吸附材料亟待开发，结合颗粒状或海绵状汞吸附材料的工业应用，需要一种简单快速初步判断吸附材料汞吸附性能的方法，以此指导材料研究和工业吸附材料筛选工作，从而节省大量研究时间和经费。

发明内容

本发明的目的是：提供一种汞吸附材料的性能测试方法，可以简单快速的对汞吸附材料的汞吸附性能有一个初步的评价，以指导汞吸附材料研发，为含汞废气治理设计吸附材料筛选提供参数。

本发明是通过如下方案实现：一种汞吸附材料的性能测试方法，测试装置为吸附管，空压机产生的气体通过气体流量计、混汞器与吸附管的进气口相连通，吸附管的出气口连接有尾气处理柱，包括如下步骤：

步骤1，设定测试条件：载汞气体为空气，常温常压下进行，设定含汞气体与吸附材料接触的吸附时间；根据如下公式设定气体流量：

Q=V/t ；

式中，Q为气体流量（l/min），t为吸附时间（s），V为吸附材料体积（m³）；

吸附材料体积根据放置于吸附管内的汞吸附材料装填高度和吸附管内径计算而得；

步骤2，空压机提供的空气由气体流量计调节气体流量Q，经混汞器载汞后通过吸附管内吸附材料，尾气经尾气处理柱处理后排空，用测汞仪测量吸附管进出气口气体在时间T时的汞含量X_进、X_出；并根据如下公式计算吸附效率η：

η=（X_进-X_出）/X_进×100%；

步骤3，将载汞气体持续通过吸附材料，定期监测两个采样口气体含汞量，吸附效率降至C×100%时结束测试。气体通过吸附材料开始计时（T₁），检测进口气体含汞量（X_进1）和出口气体含汞量（X_出1），经过一段时间后进行检测，记录时间（T₂）、进（X_进2）出（X_出2）口含汞量，再经过一段时间后进行检测，记录时间（T₃）、进（X_进3）出（X_出3）口含汞量，如此直到测试结束，记录时间（T_n）、进（X_进n）出（X_出n）口含汞量，并根据如下公式计算汞吸附量W：

W=(X_进1-X_出1+X_进2-X_出2)/2×Q×(T₂-T₁)+ (X_进2-X_出2+X_进3-X_出3)/2×Q×(T₃-T₂)+…+((X_进n-1)-(X_出n-1)+X_进n-X_出n)/2×Q×(T_n-T_n-1)

步骤4，根据如下公式计算汞吸附容量G：

G=W/W₀×100%；

式中，W为吸附效率降至最初效率的C×100%时的汞吸附量，W₀为所用吸附材料质量；

步骤5，将完成测试的吸附材料取出，放入管式炉内再生，将再生后的吸附材料重复步骤1－4的测试，得到再生后的汞吸附容量G_再 ；

步骤6，根据如下公式计算吸附材料的再生衰减速率ρ：

ρ=（G-G_再）/ G×100%；

式中，G为吸附材料的汞吸附容量，G_再为吸附材料再生后的汞吸附容量；

步骤7， 根据如下公式得出吸附材料的综合吸附性能I：

I＝5ρ+36G/C^0.5。

进一步的：所述吸附时间为：0.5≤t≤20s。

进一步的：t＝2s。

进一步的：所述C的取值范围为：0<C<100。

进一步的：C＝50。

进一步的：当汞吸附材料为颗粒状时，将颗粒状汞吸附材料放置于吸附管内，以多孔塑料板由吸附管两端将吸附材料压实，测量吸附管内径及吸附材料装填高度，计算吸附材料体积V；当汞吸附材料为海绵状时，将海绵状吸附材料放入吸附管，并以非透气材料封闭吸附材料与吸附管内壁的间隙，以吸附材料外部尺寸作为吸附管内径，并测量吸附管内吸附材料装填高度，计算吸附材料体积V。

进一步的：当多种吸附材料进行比较时，以综合吸附性能指数I值较大者为优，当单独评价一种材料时，综合吸附性能指数I值越大吸附性能越佳；且当G≤0.1或I≤1时，该材料不适合作汞吸附材料。

本发明的优点是：本发明测试方法测试设备简单，测试结果可靠，测试周期短，重复性高，既可以做为单独材料的判定论据也可以作为多种材料的选择依据，为汞吸附材料的选择提供了依据。

具体实施方式

一种汞吸附材料的性能测试方法，常温常压并设定相同吸附时间条件下，空压机提供的空气由气体流量计调节流量，经混汞器载汞后通过吸附管内吸附材料，尾气经尾气处理柱处理后排空，以测汞仪监测吸附管进出气口气体汞含量，从而计算材料汞吸附效率，当吸附效率降至50%时计算累计汞吸附量和汞吸附容量，材料再生后重复相同条件实验，计算该材料的再生衰减速率，由此初步判断吸附材料性能。

下面结合实施例对本发明做出进一步说明。

实施例一

一种汞吸附材料的性能测试方法，测试φ40×22mm海绵柱状表面处理吸附材料A的性能，设定吸附时间t为2秒，使用的吸附管为内径φ50×300mm玻璃管；

将3块A吸附材料称重75g，以泡沫塑料在柱面外包裹后塞入吸附管（此处泡沫材料厚度忽略不计），防止气体由吸附材料与吸附管内壁间通过，计算吸附材料体积为：

V=（40/2）²×3.14×22×3=82896mm³=0.082896dm³；

气体流量为：

Q=V/t=0.082896 dm³/2s=0.041448 dm³/s≈2.49l/min；

将流量为2.49 l/min的空气通过混汞器载汞后，通过进气口导入吸附管，通过吸附材料吸收后由出气口排出，用测汞仪测量进出气口气体含汞量并开始计时，每隔3小时左右记录一次，其结果见表1。

表1 A吸附材料实验结果

由表1 计算可知，在常温常压并设定吸附时间为2秒条件下，75g吸附材料A的吸附效率随吸附时间增加而逐渐降低，持续使用近33小时后，由91.73%逐步降至48.83%，其汞吸附量为5695.63μg，汞吸附容量为：

G=W/W₀×100%=5695.63μg/75g×100%=0.0076%

由上述测试可知，A材料的吸附容量G=0.0076% ≤0.1%，因此该材料不适合作汞吸附材料。而从其测试结果也可以判断，吸附材料A在上述实验条件下，汞吸附效率衰减太快，汞吸附容量过低，性能较差，并不适于用作汞吸附材料。

实施例二

采用汞吸附材料的简易性能测试方法，评价φ3×4mm柱（颗粒）状吸附材料B性能，实验条件同实施例一，所得数据见图1（具体数据省略）。

将75g吸附材料B装入吸附管内，以多孔塑料板（孔径小于颗粒直径）由吸附管两端将吸附材料压实至材料高度不再发生变化，测量吸附材料高度为42mm，计算吸附材料体积为：

V=（50/2）²×3.14×42=82425mm³=0.082425 l；

气体流量为：

Q=V/t=0.082425l/2s=0.0412125l/s≈2.47 l/min；

将流量为2.47 l/min的空气通过混汞器载汞后，导入吸附管，通过吸附材料B，用测汞仪测量进出气口气体含汞量并开始计时，定期进行记录，其结果见图1。

由图1可知，在常温常压并设定吸附时间为2秒条件下，75g吸附材料B的吸附效率随吸附时间增加而逐渐降低，持续使用近103天后，由98.63%逐步降至49.42%，其汞吸附量为727.73mg，汞吸附容量为：

G1=727.73mg/75g×100%=0.72773g/75g×100%=0.97%

由此判断，吸附材料B在上述实验条件下，汞吸附效率高，汞吸附容量大，性能较好，可以用作汞吸附材料。

将吸附材料B，由吸附管中取出，放入管式电炉中进行解析再生后，再生后的材料重复上述吸附测试。

解析完成后再生的吸附材料B质量无明显变化，体积不变，实验气体流量不变，实验结果见图1。

由图1可知，吸附材料B解析再生后性能有所下降，持续使用近95天后，由96.35%逐步降至49.55%，其汞吸附量为626.69mg，汞吸附容量为：

G2=626.69mg/75g×100%=0.84%

吸附材料B再生衰减速率（ρ）：

ρ=（G1- G2）/ G1×100%=（0.97%-0.84%）/0.97%×100%=13.4%；

并根据如下得出吸附材料的综合吸附性能I：

I＝5ρ+36G/C^0.5＝5×0.134+36×0.0097/0.5 ^0.5＝0.67+0.49＝1.16。

因此该材料适合作为汞吸附材料使用。

本发明测试方法测试设备简单，测试结果可靠，测试周期短，重复性高，既可以做为单独材料的判定论据也可以作为多种材料的选择依据，为汞吸附材料的选择提供了依据。

Claims (8)

1.一种汞吸附材料的性能测试方法，测试装置为吸附管，空压机产生的气体通过气体流量计、混汞器与吸附管的进气口相连通，吸附管的出气口连接有尾气处理柱，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，设定测试条件：载汞气体为空气，常温常压下进行，设定含汞气体与吸附材料接触的吸附时间；根据如下公式设定气体流量：

Q=V/t ；

式中，Q为气体流量，t为吸附时间，V为吸附材料体积；

吸附材料体积根据放置于吸附管内的汞吸附材料装填高度和吸附管内径计算而得；

步骤2，空压机提供的空气由气体流量计调节气体流量Q，经混汞器载汞后通过吸附管内吸附材料，尾气经尾气处理柱处理后排空，用测汞仪测量吸附管进出气口气体在时间T时的汞含量X进、X出；并根据如下公式计算吸附效率η：

η=（X_进-X_出）/X_进×100%；

步骤3，将载汞气体持续通过吸附材料，定期监测两个采样口气体含汞量，吸附效率降至C×100%时结束测试；

气体通过吸附材料开始计时（T₁），检测进口气体含汞量（X_进1）和出口气体含汞量（X_出1），经过一段时间后进行检测，记录时间（T₂）、进（X_进2）出（X_出2）口含汞量，再经过一段时间后进行检测，记录时间（T₃）、进（X_进3）出（X_出3）口含汞量，如此直到测试结束，记录时间（T_n）、进（X_进n）出（X_出n）口含汞量，并根据如下公式计算汞吸附量W：

W=(X_进1-X_出1+X_进2-X_出2)/2×Q×(T₂-T₁)+ (X_进2-X_出2+X_进3-X_出3)/2×Q×(T₃-T₂)+…+((X_进n-1)-(X_出n-1)+X_进n-X_出n)/2×Q×(T_n-T_n-1)

步骤4，根据如下公式计算汞吸附容量G：

G=W/W₀×100%；

式中，W为吸附效率降至最初效率的C×100%时的汞吸附量，W₀为所用吸附材料质量；

步骤5，将完成测试的吸附材料取出，放入管式炉内再生，将再生后的吸附材料重复步骤1－4的测试，得到再生后的汞吸附容量G_再；

步骤6，根据如下公式计算吸附材料的再生衰减速率ρ：

ρ=（G-G_再）/ G×100%；

式中，G为吸附材料的汞吸附容量，G_再为吸附材料再生后的汞吸附容量；

步骤7， 根据如下公式得出吸附材料的综合吸附性能I：

I＝5ρ+36G/C^0.5。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述吸附时间为：0.5≤t≤20s。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述C的取值范围为：0<C<100。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：C＝50。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：当汞吸附材料为颗粒状时，

将颗粒状汞吸附材料放置于吸附管内，以多孔塑料板由吸附管两端将吸附材料压实，测量吸附管内径及吸附材料装填高度，计算吸附材料体积V。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：当汞吸附材料为海绵状时，将海绵状吸附材料放入吸附管，并以非透气材料封闭吸附材料与吸附管内壁的间隙，以材料外部尺寸作为吸附管内径，并测量吸附管内吸附材料装填高度，计算吸附材料体积V。

7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：当多种吸附材料进行比较时，以综合吸附性能指数I值较大者为优，当单独评价一种材料时，综合吸附性能指数I值越大吸附性能越佳。

8.根据权利要求1或7所述的测试方法，其特征在于：当G≤0.1%或I≤1时，该材料不适合作汞吸附材料。