CN109499537A - 改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法。所述方法先按生物质与H2O2的质量比为1.2～1.5：1，将生物质焦颗粒浸入质量百分含量为10％～30％的H2O2溶液中，搅拌混合均匀，得到H2O2/生物质液固混合物，再在室温下静置24h以上，水洗至中性，过滤，干燥得到改性生物质焦烟气脱汞剂。本发明基于生物质焦的热分解以及H2O2改性特性，利用H2O2溶液对生物质焦进行高温热处理，在形成发达孔隙结构的同时，其表面形成了大量利于脱汞的含氧官能团，大幅增加了吸附剂的吸附能力。

Description

改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于生物质的资源化利用和燃煤烟气脱汞技术领域，涉及一种改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法。
背景技术
汞(Hg)是环境中毒性最强的重金属元素之一，对环境和人体健康危害严重。由于其易挥发性、作用持久性、生物富集性以及能转换为毒性更强的甲基汞等特点，成为大气污染物中的主要控制对象。活性炭具有良好的吸附性能，能够有效脱除烟气中的Hg。但活性炭由于成本较高，可利用生物质进行替代。生物质是通过绿色植物的光合作用，将太阳能转化为化学能贮存在体内的一种物质。作为环境友好型可再生资源，生物质具有低硫氮、高挥发分、高灰焦活性、零CO2净排放等优点，是理想的碳基吸附剂原料。
生物质焦是生物质热解得到的固体产物，呈黑色粉末状。生物质焦含有较多的炭黑和有机物，并且具有复杂的孔隙结构和丰富的表面化学特性，对其进行化学改性，在其表面形成有利于汞吸附的官能团，则有可能获得具有高效吸附能力的脱汞吸附剂。
发明内容
针对现有的活性炭脱汞吸附剂价格昂贵，无法大规模商用的缺点，同时现有的生物质焦吸附能力不强的问题，本发明提供一种改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法，利用H2O2溶液浸渍生物质焦进行改性处理，得到具有较强脱除燃煤烟气中汞的能力的改性生物质焦脱汞吸附剂。
本发明的技术方案如下：
改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
按生物质与H2O2的质量比为1.2～1.5：1，将生物质焦颗粒浸入质量百分含量为10％～30％的H2O2溶液中，搅拌混合均匀，得到H2O2/生物质液固混合物，再在室温下静置24h以上，水洗至中性，过滤，干燥得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
所述的生物质为本领域常规采用的生物质，可以是水稻、小麦、玉米、棉花等农作物的根、茎、叶以及树叶等。
所述的生物质焦通过以下步骤制备：将生物质研磨过筛后，得到50～100μm生物质粉末，500～800℃下热解20～30min，自然冷却后，研磨过筛得到粒径不大于0.5mm的生物质焦颗粒。
优选地，所述的搅拌时间为1～2h。
优选地，所述的干燥温度为50～60℃。
本发明的机理为生物质中含有较高的挥发分，在惰性气氛中高温条件下发生热解反应，挥发出如CO2、CH4、SO2、水蒸气等气体产物，可在生物质表面和内部形成大的孔隙；此外，含氧官能团对生物质焦的吸附性能起着重要的的作用。经过H2O2溶液改性后，生物质焦表面含氧官能团的数量增加，表面极性也得到增加，具备了较好的化学吸附能力。同时，改性以后，生物质焦的比表面积以及总孔容积增加，并产生了大量的微孔。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
本发明基于生物质焦的热分解以及H2O2改性特性，利用H2O2溶液对生物质焦进行高温热处理，在形成发达孔隙结构的同时，其表面形成了大量利于脱汞的含氧官能团，大幅增加了吸附剂的吸附能力。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
图2为未经改性、10％H2O2溶液改性、30％H2O2溶液改性后的600℃热解条件下玉米秸秆焦红外分析(FTIR)图谱。
图3为未经改性的600℃热解玉米秸秆焦的汞吸附率图。
图4为经过10％H2O2溶液改性后的600℃热解玉米秸秆焦的汞吸附率图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
利用破碎机将玉米秸秆破碎，筛分获得50～100目的样品；将待处理样品放入坩埚，置于马弗炉中500℃下热解20min，得到玉米秸秆焦样。称取5g焦样加入100ml的10％H2O2溶液中，搅拌1h，将搅拌液在室温下静置24h。用去离子水将混合液洗涤至过滤液为中性，将滤去清液后的生物质改性焦在50℃下烘干，得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
实施例2
利用破碎机将玉米秸秆破碎，筛分获得50～100目的样品；将待处理样品放入坩埚，置于马弗炉中600℃下热解20min，得到玉米秸秆焦样。称取5g焦样加入100ml的10％H2O2溶液中，搅拌2h，将搅拌液在室温下静置24h。用去离子水将混合液洗涤至过滤液为中性，将滤去清液后的生物质改性焦在50℃下烘干，得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
实施例3
利用破碎机将玉米秸秆破碎，筛分获得50～100目的样品；将待处理样品放入坩埚，置于马弗炉中500℃下热解30min，得到玉米秸秆焦样。称取5g焦样加入100ml的20％H2O2溶液中，搅拌1h，将搅拌液在室温下静置24h。用去离子水将混合液洗涤至过滤液为中性，将滤去清液后的生物质改性焦在60℃下烘干，得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
实施例4
利用破碎机将玉米秸秆破碎，筛分获得50～100目的样品；将待处理样品放入坩埚，置于马弗炉中500℃下热解30min，得到玉米秸秆焦样。称取5g焦样加入100ml的30％H2O2溶液中，搅拌2h，将搅拌液在室温下静置24h。用去离子水将混合液洗涤至过滤液为中性，将滤去清液后的生物质改性焦在60℃下烘干，得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
实施例5
利用破碎机将玉米秸秆破碎，筛分获得50～100目的样品；将待处理样品放入坩埚，置于马弗炉中600℃下热解30min，得到玉米秸秆焦样。称取5g焦样加入100ml的30％过氧化氢溶液中，搅拌1h，将搅拌液在室温下静置24h。用去离子水将混合液洗涤至过滤液为中性，将滤去清液后的生物质改性焦在50℃下烘干，得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
图2为未经改性、10％H2O2溶液改性、30％H2O2溶液改性后的600℃热解条件下玉米秸秆焦红外分析(FTIR)图谱。从图2可以看出，经过10％以及30％H2O2溶液改性后的生物质焦在3300cm-1处均存在一个较宽的谱峰，表示存在大量的羧基官能团；同样，在1000cm-1处同样存在一个较强的谱峰，这是由内酯基的C-O-C伸缩振动的结果。表明经过H2O2溶液改性能够大幅度提高生物质焦表面的羧基和内酯基等含氧官能团的数量。
图3为未经改性的600℃热解玉米秸秆焦的汞吸附率图。从图3可以看出，汞吸附率最高在60％左右，而随着时间的推移，汞吸附率不断下降，经过2小时后，汞吸附率已经降到了8％左右，此时的出口汞浓度和入口汞浓度已经相差无几，表明此刻生物质焦几乎已经被穿透，不再具有吸附能力。图4为经过10％H2O2溶液改性后的600℃热解玉米秸秆焦的汞吸附率图。从图4可以看出，汞吸附率最高可以达到70％左右，并且随着时间的推移，汞吸附率并没有明显的下降，经过2个小时后，汞吸附率仍然保持在60％左右的水平，说明此时的生物质焦仍具有较强的吸附能力，仍然可以对汞进行吸附。通过图3和图4的对比，可以明显发现经过H2O2溶液改性后的生物质焦吸附能力有了大幅度的提升。

Claims (6)

1.改性生物质焦脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按生物质与H2O2的质量比为1.2～1.5：1，将生物质焦颗粒浸入质量百分含量为10％～30％的H2O2溶液中，搅拌混合均匀，得到H2O2/生物质液固混合物，再在室温下静置24h以上，水洗至中性，过滤，干燥得到改性生物质焦烟气脱汞剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的生物质选自水稻、小麦、玉米或棉花的根、茎、叶或树叶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的生物质焦通过以下步骤制备：将生物质研磨过筛后，得到50～100μm生物质粉末，500～800℃下热解20～30min，自然冷却后，研磨过筛得到粒径不大于0.5mm的生物质焦颗粒。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的干燥温度为50～60℃。
6.根据权利要求1至5任一所述的制备方法制得的改性生物质焦脱汞吸附剂。
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