CN110330062B - 用于重金属吸附的异相凝并吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于重金属吸附剂领域，并具体公开了用于重金属吸附的异相凝并吸附剂及其制备方法和应用。该异相凝并吸附剂按照质量百分比计，包括以下组分：0.005％～0.01％的聚丙烯酰胺，0.0005％～0.001％的氯化钙，0.001％～0.01％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水。本发明提供的异相凝并吸附剂中，钙离子可以促进气态重金属发生异相吸附从而固定在异相凝并吸附剂上；同时溶解于水中的聚丙烯酰胺可在富集重金属的细颗粒间发生电性中和作用，并通过“架桥”方式将两个或更多的颗粒凝并，进而提高细颗粒态重金属的脱除效率；此外，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺可以降低水的表面张力，从而提高有机化合物的可溶性。

Description

用于重金属吸附的异相凝并吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于重金属吸附剂领域，更具体地，涉及用于重金属吸附的异相凝并吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国是目前世界上最大的煤炭生产和消费国，但是我国动力用煤种类繁杂、富含多种重金属，其中砷、硒、铅平均含量分别为3.8μg/g、2.8μg/g、16.9μg/g。同时因高重金属煤(平均值2倍以上)覆盖9大煤炭主产区，占全国煤炭总量的66％，因此燃煤是大气细颗粒物污染的主要来源。
大气中的细颗粒物上通常富集有大量有毒微量重金属，且容易被人体吸入，严重危害人类健康。不同重金属由于形态差异，其在燃烧过程中不同化学反应区间特性迥异：As、Pb等倾向于留在底灰中或形成亚微米级细颗粒飞灰；部分气态的As、Pb在颗粒表面发生异相凝结形成重金属气溶胶或被细颗粒吸附，这类重金属气溶胶的颗粒尺度分布与传统粉尘颗粒有着较大的差异，它们极易穿透现有除尘装置而逃逸；挥发性强的Se化合物甚至以气态形式存在，直接排入烟囱进入大气。这些都对我国燃煤电厂重金属的排放控制和协同脱除带来了巨大的挑战。
我国燃煤电厂在SO2、NOx、粉尘等污染物方面超低排放控制已处于世界领先水平，但由于砷、硒、铅等为代表的重金属在国内动力煤中的分布富集差异和偏高特性，迫切需要针对典型煤种和高重金属煤种分别开展技术研发。通过抑制气态重金属产物的生成、强化现有装置对重金属的协同捕集、有针对性的控制易逃逸的细颗粒态重金属等这些关键技术问题攻克，促进我国燃煤电厂污染物的近零排放。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种用于重金属吸附的异相凝并吸附剂及其制备方法和应用，其中通过对其成分和比例进行优化，相应能够提高吸附剂的吸附效果，有效促进烟气中气态重金属的吸附和细颗粒态重金属的凝并。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于重金属吸附的异相凝并吸附剂，按照质量百分比计，包括以下组分：0.005％～0.01％的聚丙烯酰胺，0.0005％～0.001％的氯化钙，0.001％～0.01％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水。
作为进一步优选地，当烟气中细颗粒态重金属的浓度高于40mg/m3，所述异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比优选为0.008％～0.01％，当烟气中细颗粒态重金属的浓度低于40mg/m3，所述异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比优选为0.005％～0.008％。
作为进一步优选地，当烟气中气态重金属浓度高于3μg/g，所述异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比优选为0.0007％～0.001％，当烟气中气态重金属浓度低于3μg/g，所述异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比优选为0.0005％～0.0007％。
按照本发明的另一方面，提出了一种制备上述异相凝并吸附剂的方法，其特征在于，该方法具体为：向水中加入聚丙烯酰胺并搅拌均匀，待完全溶解后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和氯化钙，最后搅拌至完全溶解，以此获得所述异相凝并吸附剂。
按照本发明的又一方面，提出了一种将上述异相凝并吸附剂用于重金属吸附的方法，该方法具体为：将所述异相凝并吸附剂雾化为液滴，然后将所述液滴喷入除尘器之前的烟道中，用于捕集气态重金属和凝并细颗粒态重金属，从而进行重金属吸附。
作为进一步优选地，所述液滴的粒径优选为50μm～60μm。
作为进一步优选地，所述异相凝并吸附剂的投入量优选为1000kg/h～2000kg/h。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供的异相凝并吸附剂包括聚丙烯酰胺、氯化钙、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺以及水，其中钙离子可以与气相中的砷、硒等重金属发生反应，促进气态重金属发生异相吸附从而固定在异相凝并吸附剂上，进而提高除尘器对气态重金属的脱除效率；同时溶解于水中的聚丙烯酰胺的主链上带有大量的酰胺基，其化学活性较高，可在富集重金属的细颗粒间发生电性中和作用，而吸附在颗粒表面上的高分子长链可同时吸附在另一个颗粒的表面上，通过“架桥”方式将两个或更多的颗粒凝并，通过电性中和、吸附架桥作用促进颗粒发生凝并，进而提高除尘器对细颗粒态重金属的脱除效率；此外，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺可以降低水的表面张力，从而提高有机化合物的可溶性，有利于凝并的发生，因此本发明提供的异相凝并吸附剂对气态重金属和细颗粒态重金属的团聚作用显著，可使燃煤电厂重金属排放降低50％以上；
2.尤其是，本发明提供的异相凝并吸附剂可以根据烟气条件及重金属排放特性调节异相凝并吸附剂中各组分的比例，具有较强的适应性，当烟气中气态重金属浓度较高时，则可以提高氯化钙的浓度，促进钙离子与气相重金属发生反应，当烟气中细颗粒态重金属的浓度较高时，可以提高聚丙烯酰胺的浓度，促进细颗粒态重金属发生凝并；
3.此外，本发明提供的异相凝并吸附剂的制备方法原料来源广泛，价格低廉，合成过程简单快捷，并且对环境没有危害，因此具有较好的应用前景；
4.同时，本发明将异相凝并吸附剂雾化后喷入除尘器之前的烟道中，能够与气态重金属和细颗粒态重金属充分接触并发生吸附和凝并，从而提高除尘器对重金属的脱除效率。
附图说明
图1是本发明提供的用于重金属吸附的异相凝并吸附剂的作用机理图；
图2是本发明优选实施例中利用异相凝并吸附剂吸附重金属的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提出了一种用于重金属吸附的异相凝并吸附剂，按照质量百分比计，包括以下组分：0.005％～0.01％的聚丙烯酰胺，0.0005％～0.001％的氯化钙，0.001％～0.01％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水。
进一步，氯化钙用于提供钙离子，进而与气相中的砷、硒等重金属发生反应，促进气态重金属异相凝并；当烟气中气态重金属浓度高于3μg/g，异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比优选为0.0007％～0.001％，从而促进钙离子与气态重金属发生异相凝并，当烟气中气态重金属浓度低于3μg/g，异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比优选为0.0005％～0.0007％。
进一步，由于聚丙烯酰胺的主链上带有大量具有高化学活性的酰胺基，其可在富集重金属的细颗粒间发生电性中和作用，并通过吸附架桥作用促进颗粒的凝并，因此当烟气中细颗粒态重金属的浓度高于40mg/m3，异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比优选为0.008％～0.01％，从而促进细颗粒态重金属的吸附，当烟气中细颗粒态重金属的浓度低于40mg/m3，异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比优选为0.005％～0.008％。
本发明还提出了一种制备上述异相凝并吸附剂的方法，该方法具体为：向水中加入聚丙烯酰胺并搅拌均匀，待完全溶解后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和氯化钙，最后搅拌至完全溶解，以此获得异相凝并吸附剂。
如图2所示，本发明还提出了一种将上述异相凝并吸附剂用于重金属吸附的方法，该方法具体为：将异相凝并吸附剂雾化为液滴，然后将液滴喷入除尘器之前的烟道中，用于捕集气态重金属和凝并细颗粒态重金属，从而进行重金属吸附；
在使用前可将原料中不同组分独立储存，使用时按照比例进行配比获得异相凝并吸附剂；或者按比例配成高浓度溶液进行储存，使用时按比例添加工业水稀释获得异相凝并吸附剂，但配得的高浓度溶液储存时间不宜过久，以一周为宜。
进一步，液滴的粒径优选为50μm～60μm，该粒径范围内的液滴能够在烟道内与烟气中的颗粒物相互作用实现较好的吸附效果；
异相凝并吸附剂的投入量优选为1000kg/h～2000kg/h，从而在保证脱除效率的同时避免增加生产成本。
可以针对燃煤电厂、水泥厂、冶炼厂等工业系统的除尘设备进行异相凝并技术改造，根据不同烟气条件及燃煤重金属排放浓度特性调节异相凝并吸附剂不同组分的比例，确定异相凝并吸附剂用量，在除尘器之前的烟道中布置双流雾化喷嘴，将异相凝并吸附剂以微米级液滴喷入，促进气态重金属捕集和细颗粒态重金属凝并，提高除尘器对气态重金属和细颗粒态重金属的脱除效率，降低重金属排放浓度，保护大气环境。
下面根据具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
配制一种异相凝并吸附剂，其中包括0.01％的聚丙烯酰胺、0.0005％的氯化钙、0.008％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水；
采用某电厂静电除尘器五电场细灰与含砷、硒的预热空气混合作为模拟烟气通入反应室，将该异相凝并吸附剂雾化为粒径60μm的液滴，并以1000kg/h的投入量喷入反应室中，两者在反应室内模拟烟道环境中发生相互作用，停留时间约3s，异相凝并吸附剂促使细颗粒物团聚长大，进而被后续的布袋除尘器捕获，布袋采用常规化纤滤料，采用EPA29在布袋除尘装置后部出口处进行重金属取样，测定重金属排放浓度；
测试结果表明，喷入该配方异相凝并吸附剂后重金属排放浓度明显下降，除尘装置后气态重金属和细颗粒态重金属与未喷入异相凝并吸附剂时相比分别降低了48.7％和64.3％。
实施例2
配制一种异相凝并吸附剂，其中包括0.005％的聚丙烯酰胺、0.001％的氯化钙、0.006％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水；
采用某电厂静电除尘器五电场细灰与含砷、硒的预热空气混合作为模拟烟气通入反应室，将该异相凝并吸附剂雾化为粒径55μm的液滴，并以1100kg/h的投入量喷入反应室中，两者在反应室内模拟烟道环境中发生相互作用，停留时间约3s，异相凝并吸附剂促使细颗粒物团聚长大，进而被后续的布袋除尘器捕获，布袋采用常规化纤滤料，采用EPA29在布袋除尘装置后部出口处进行重金属取样，测定重金属排放浓度；
测试结果表明，喷入该配方异相凝并吸附剂后重金属排放浓度明显下降，除尘装置后气态重金属和细颗粒态重金属与未喷入异相凝并吸附剂时相比分别降低了52.3％和66.7％。
实施例3
配制一种异相凝并吸附剂，其中包括0.006％的聚丙烯酰胺、0.0007％的氯化钙、0.01％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水；
采用某电厂静电除尘器五电场细灰与含砷、硒的预热空气混合作为模拟烟气通入反应室，将该异相凝并吸附剂雾化为粒径58μm的液滴，并以1300kg/h的投入量喷入反应室中，两者在反应室内模拟烟道环境中发生相互作用，停留时间约3s，异相凝并吸附剂促使细颗粒物团聚长大，进而被后续的布袋除尘器捕获，布袋采用常规化纤滤料，采用EPA29在布袋除尘装置后部出口处进行重金属取样，测定重金属排放浓度；
测试结果表明，喷入该配方异相凝并吸附剂后重金属排放浓度明显下降，除尘装置后气态重金属和细颗粒态重金属与未喷入异相凝并吸附剂时相比分别降低了55.4％和69.8％。
实施例4
配制一种异相凝并吸附剂，其中包括0.008％的聚丙烯酰胺、0.0009％的氯化钙、0.001％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水；
在某300MW锅炉静电除尘器前，通过配液泵、压缩空气、双流雾化喷嘴将该异相凝并吸附剂雾化为粒径50μm的液滴，并以2000kg/h的投入量喷入垂直烟道中，用于进行重金属吸附；
烟尘中气态重金属和细颗粒态重金属与未喷入异相凝并吸附剂时相比分别降低了59.6％和75.2％。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于重金属吸附的异相凝并吸附剂，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：0.005％～0.01％的聚丙烯酰胺，0.0005％～0.001％的氯化钙，0.001％～0.01％的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，余量为水。
2.如权利要求1所述的用于重金属吸附的异相凝并吸附剂，其特征在于，当烟气中细颗粒态重金属的浓度高于40mg/m3，所述异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比为0.008％～0.01％，当烟气中细颗粒态重金属的浓度低于40mg/m3，所述异相凝并吸附剂中聚丙烯酰胺的质量百分比为0.005％～0.008％。
3.如权利要求1或2所述的用于重金属吸附的异相凝并吸附剂，其特征在于，当烟气中气态重金属浓度高于3μg/g，所述异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比为0.0007％～0.001％，当烟气中气态重金属浓度低于3μg/g，所述异相凝并吸附剂中氯化钙的质量百分比为0.0005％～0.0007％。
4.一种制备如权利要求1～3任一项所述的异相凝并吸附剂的方法，其特征在于，该方法具体为：向水中加入聚丙烯酰胺并搅拌均匀，待完全溶解后加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和氯化钙，最后搅拌至完全溶解，以此获得所述异相凝并吸附剂。
5.一种将如权利要求1～3任一项所述的异相凝并吸附剂用于重金属吸附的方法，其特征在于，该方法具体为：将所述异相凝并吸附剂雾化为液滴，然后将所述液滴喷入除尘器之前的烟道中，用于捕集气态重金属和凝并细颗粒态重金属，从而进行重金属吸附。
6.如权利要求5所述的将异相凝并吸附剂用于重金属吸附的方法，其特征在于，所述液滴的粒径为50μm～60μm。
7.如权利要求5或6所述的将异相凝并吸附剂用于重金属吸附的方法，其特征在于，所述异相凝并吸附剂的投入量为1000kg/h～2000kg/h。
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