CN114345297A - 磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 - Google Patents
磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114345297A CN114345297A CN202210020045.XA CN202210020045A CN114345297A CN 114345297 A CN114345297 A CN 114345297A CN 202210020045 A CN202210020045 A CN 202210020045A CN 114345297 A CN114345297 A CN 114345297A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- activated carbon
- magnetic activated
- magnetic
- soluble salt
- mercury
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 309
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 title claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 106
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 72
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 32
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 15
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 1-(1-adamantyl)-3-aminothiourea Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(NC(=S)NN)C3 XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N iron(2+) dinitrate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 6
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 70
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 65
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 14
- SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate;nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 9
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002589 Fe-O-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 2
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 101710138657 Neurotoxin Proteins 0.000 description 1
- 229910003264 NiFe2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- -1 mercury ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002581 neurotoxin Substances 0.000 description 1
- 231100000618 neurotoxin Toxicity 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- CWERGRDVMFNCDR-UHFFFAOYSA-N thioglycolic acid Chemical compound OC(=O)CS CWERGRDVMFNCDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Inorganic materials [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用，涉及复合材料制备技术领域，包括如下步骤：（1）按比例称取活性炭、铁的可溶性盐、镍的可溶性盐和锌的可溶性盐溶于无水乙醇或去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液，（2）将步骤（1）得到的混合溶液在氮气氛围下300‑500℃焙烧1‑4 h后停止加热，在氮气氛围中冷却至室温后，得到磁性活性炭。本发明的磁性活性炭材料中的磁性介质为Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米材料，其磁性更强，分散性好，吸附性能更持久稳定，Ni、Zn、Fe元素的存在既增强了磁性活性炭脱汞性能又更易于磁性分离回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种磁性活性炭材料的制备方法及其在烟气脱汞中的应用。
背景技术
汞是有毒重金属元素，是一种神经性毒素，对人类健康威胁很大。我国作为世界上最大的煤炭消费国，因煤炭燃烧所导致的汞污染问题日益严重。活性炭喷射进行燃煤烟气脱汞是近些年来最有效且方便的脱汞技术。但活性炭喷射脱汞治理技术遭遇技术瓶颈是吸附汞后的活性炭等不能循环利用，成本较高，对除尘等环保设施运行有一定影响，且残炭指标会影响粉煤灰综合利用。
活性炭具有微孔较多，比表面积大等特点，所以具有优良的吸附性能，是一种良好的吸附剂，广泛应用于气、液相吸附、催化剂和电极材料等领域。然而传统的活性炭在实际应用中难以分离回收再利用，虽然活性炭可以有效的去除烟气中的汞，但其通常会与烟气中的飞灰混合在一起被静电除尘器除掉，回收比较困难。随着磁分离技术的迅速发展，可通过添加磁性介质制备磁性活性炭材料，实现活性炭的快速分离回收。
CN 110102262 A公开了一种磁性活性炭复合材料的制备方法，该材料的制备工艺主要包括硝酸溶液中预处理，然后与镍源、铁源、活性炭、水和氨水混合，进行共沉淀反应，得到磁性活性炭，然后进行酯化反应形成复合材料，具体如下：将镍源、铁源、活性炭、水和氨水混合，进行共沉淀反应14 h，洗涤数次，烘干得到磁性活性炭；向所述磁性活性炭中加入巯基乙酸、乙酸酐和浓硫酸，进行酯化反应8 h，洗涤数次，烘干得到磁性活性炭复合材料。该发明的优点是具有较强的抗干扰能力和较强的选择性吸附、具有良好的回收和再生能力。缺点是制备工艺复杂、步骤繁琐、制备过程较长，需要加入氧化剂和稳定剂，产生大量废液，造成污染，难以实现产业化。杨成龙等人采用共沉淀法制备了既具备良好的磁性回收性能，又能保持良好的脱汞性能的磁性活性炭。具体如下：将活性炭加入含Fe3+和Fe2+固定比例的溶液中均匀混合，然后在一定温度下加入碱液调节到一定的PH值，然后放入反应釜中一定温度保持一段时间，然后经过过滤、清洗、干燥等过程得到磁性活性炭。缺点是反应时间较长，步骤繁琐复杂、不易控制。
发明内容
本发明第一目的是提供一种简单易操作，且可大量合成磁性活性炭材料的方法。
本发明磁性活性炭的制备方法包括如下步骤：
（1）将活性炭、铁的可溶性盐、镍的可溶性盐和锌的可溶性盐溶于无水乙醇或去离子水中，得到混合溶液，
（2）将混合溶液在氮气氛围下300-500℃焙烧1-4h后停止加热，在氮气氛围中冷却至室温后，得到磁性活性炭。
进一步地，步骤（1）中，镍、锌和铁的物质的量比为1︰1︰4，铁与活性炭的质量比为1:5~1:8。优选的，铁与活性炭的质量比为1:7，合成的磁性活性炭吸附性能最好。
优选地，所述铁的可溶性盐为九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O），镍的可溶性盐为六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O），锌的可溶性盐为六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）。
进一步地，步骤（2）中，焙烧温度为400℃，焙烧时间为2h，保证金属离子充分氧化生成金属氧化物。
进一步地，步骤（2）中，焙烧升温为5℃/min，保证均匀受热。
进一步地，步骤（1）中，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为6 h，保证搅拌均匀，生成的磁性粒子均匀分布。
本发明另一目的是将以上方法制备的磁性活性炭应用于烟气脱汞中。
利用高温煅烧法制备磁性活性炭，高温煅烧法是一种新的简单、快捷制备材料的技术，该方法只有一个溶液搅拌和煅烧过程，前期处理时间短，不用添加助溶剂，也不需要洗涤，产品均匀性好，并且可通过控制溶剂的量和煅烧机制来控制产品的性能，可快速大量制备磁性纳米材料，易于工业化生产。
本发明的有益效果为：
（1）本发明是一种磁性活性炭材料，该磁性活性炭表面具有多孔结构，且含有镍锌铁氧体类物质，有助于烟气中汞的吸附和氧化，并且磁性较强且稳定，易于回收再利用。
（2）本发明的磁性活性炭材料的制备方法采用高温氮气氛围煅烧法将九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌与活性炭结合在一起制备出高效磁性活性炭，该制备方法简单易操作，快速，易于控制，且生产成本低，易于工业规模化生产和应用。
（3）本发明的磁性活性炭材料中的磁性介质为Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米材料，其磁性更强，分散性好，吸附性能更持久稳定，Ni、Zn、Fe元素的存在既增强了磁性活性炭脱汞性能又更易于磁性分离回收再利用。
附图说明
图1为原始活性炭与实施例2制备的磁性活性炭的SEM图；
图2为原始活性炭与实施例2制备的磁性活性炭的HRTEM图；
图3为不同铁炭比磁性活性炭的VSM图；
图4为原始活性炭和不同铁炭比磁性活性炭的FT-IR图；
图5为不同铁炭比磁性活性炭的XRD图；
图6为不同铁炭比磁性活性炭的吸附等温线。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
磁性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
（1）按比例称取活性炭、铁的可溶性盐、镍的可溶性盐和锌的可溶性盐溶于无水乙醇或去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液，
（2）将步骤（1）得到的混合溶液在氮气氛围下300-500℃焙烧1-4h后停止加热，在氮气氛围中冷却至室温后，得到磁性活性炭。
进一步地，步骤（1）中，镍、锌和铁的物质的量比为1︰1︰4，此摩尔比条件下 NiFe2O4中的Ni2+离子被Zn2+离子部分取代形成可以生成磁性纳米粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4，Ni0.5Zn0.5Fe2O4饱和磁化强度最大，比NiFe2O4具有更好的性能和更低的成本。
铁与活性炭的质量比为1:5~1:8。优选的，铁与活性炭的质量比为1:7，合成的磁性活性炭吸附性能最好。
优选地，所述铁的可溶性盐为九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O），镍的可溶性盐为六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O），锌的可溶性盐为六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）。水合硝酸盐价格更低，所以选用水合硝酸盐。
进一步地，步骤（2）中，焙烧温度为400℃，焙烧时间为2h，保证金属离子充分氧化生成金属氧化物。
进一步地，步骤（2）中，焙烧升温为5℃/min，保证均匀受热。
进一步地，步骤（1）中，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为6 h，保证搅拌均匀，生成的磁性粒子均匀分布。
在高温下，铁、镍、锌三者发生反应，得到Ni0.5Zn0.5Fe2O4。本发明中，利用Ni和Zn的晶体结构，增强Ni0.5Zn0.5Fe2O4的化学稳定性和磁性。
完成煅烧后得到黑色固体粉末即为磁性活性炭，记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC 。在磁性活性炭中，Ni0.5Zn0.5Fe2O4附在活性炭表面上，所述的Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁性物质不影响活性炭的吸附性能。而且可以提供磁性，并且在一定程度上还能促进烟气中单质汞的氧化，增强其脱汞性能。
下面结合实施例对本发明提供的磁性活性炭材料及其制备方法和应用进行详细的说明。
实施例1
1.磁性活性炭材料的制备
按照以下重量称取原料：九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）6.90g ，六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.24g ，六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）1.26g ,活性炭 4.78g ，（Fe：AC=1：5）。
将称取的九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌混合加入无水乙醇，搅拌均匀后加入活性炭，然后在磁力搅拌器上搅拌一定时间，使其混合均匀得到混合液。在本发明中，所述搅拌的转速为200 r/min，所述搅拌时间为6 h。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以一定的升温速率升至一定温度煅烧一段时间后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-5。
其中，煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2 h 。
2.磁性活性炭的检测
产品的饱和磁化强度与矫顽力由磁滞回线的测量来确定，如图3所示磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-5的饱和磁化强度为40Am2/kg。傅里叶红外光谱（FT-IR）表明，磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-5在580cm-1处出现了Fe-O-Fe的特征吸收峰。经过X射线衍射分析得出磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-5出现了磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4的特征峰。由以上分析可以得出：磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4成功赋磁于活性炭上。
3.磁性活性炭材料的应用
磁性活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.01g吸附汞后的磁性活性炭在DMA-80测汞仪中测量磁性活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-5的吸附量为107.096μg/g。具体的吸附等温线如图6所示。
实施例2
1.磁性活性炭材料的制备
按照以下重量称取原料：九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）6.90g ，六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.24g ，六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）1.26g ,活性炭5.74g ，（Fe：AC=1：6）。
将称取的九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌混合加入无水乙醇，搅拌均匀后加入活性炭，然后在磁力搅拌器上搅拌一定时间，使其混合均匀得到混合液。在本发明中，所述搅拌的转速为200 r/min，所述搅拌时间为6 h。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6。
2.磁性活性炭的检测
图1为原始活性炭与磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6的SEM图：如图1所示磁性纳米粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4均匀的附着在活性炭的表面。图2为原始活性炭与磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6的TEM图：如图2所示对比原始活性炭和制备的磁性活性炭可以清晰的看出磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4附着在活性炭的表面。产品的饱和磁化强度与矫顽力由磁滞回线的测量来确定，如图3所示磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6的饱和磁化强度为36Am2/kg。如图5，傅里叶红外光谱图（FT-IR）表明，磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6在580cm-1处出现了Fe-O-Fe的特征吸收峰。经过X射线衍射分析得出磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6出现了磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4的特征峰。由以上分析得出：磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4成功赋磁于活性炭上。
3.磁性活性炭材料的应用
磁性活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.01g吸附汞后的磁性活性炭在DMA-80测汞仪中测量磁性活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-6的吸附量为119.766μg/g。具体的吸附等温线如图6所示。
实施例3
按照以下重量称取原料：九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）6.90g ，六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.24g ，六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）1.26g ,活性炭 6.70g ，（Fe：AC=1：7）。
将称取的九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌混合加入无水乙醇，搅拌均匀后加入活性炭，然后在磁力搅拌器上搅拌一定时间，使其混合均匀得到混合液。在本发明中，所述搅拌的转速为200 r/min，所述搅拌时间为6 h。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7。
2.磁性活性炭的检测
产品的饱和磁化强度与矫顽力由磁滞回线的测量来确定，如图3所示磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7的饱和磁化强度为29Am2/kg。傅里叶红外光谱（FT-IR）表明，磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7在580cm-1处出现了Fe-O-Fe的特征吸收峰。经过X射线衍射分析得出磁性活性炭Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7出现了磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4的特征峰。由以上分析可以得出：磁性粒子Ni0.5Zn0.5Fe2O4成功赋磁于活性炭上。
3.磁性活性炭材料的应用
磁性活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.01g吸附汞后的磁性活性炭在DMA-80测汞仪中测量磁性活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7的吸附量为172.335μg/g。具体的吸附等温线如图6所示。
实施例4
按照以下重量称取原料：九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）6.90g ，六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.24g ，六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）1.26g ,活性炭7.65g ，（Fe：AC=1：8）。
将称取的九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌混合加入无水乙醇，搅拌均匀后加入活性炭，然后在磁力搅拌器上搅拌一定时间，使其混合均匀得到混合液。在本发明中，所述搅拌的转速为200 r/min，所述搅拌时间为6 h。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-8。
2.磁性活性炭的检测
产品的饱和磁化强度与矫顽力由磁滞回线的测量来确定，测出来Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-8的磁性仅为23.04Am2/kg。
3.磁性活性炭材料的应用
磁性活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.01g吸附汞后的磁性活性炭在DMA-80测汞仪中测量磁性活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-8的吸附量为170.965μg/g。随着活性炭比例的增加，磁性活性炭的吸附量并没有提高，并且磁性较Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7下降较多。
实施例5
按照以下重量称取原料：九水硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）6.90g ，六水硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.24g ，六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）1.26g ,活性炭 6.70g，（Fe：AC=1：7）。
将称取的九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸锌混合加入无水乙醇，搅拌均匀后加入活性炭，然后在磁力搅拌器上搅拌一定时间，使其混合均匀得到混合液。在本发明中，所述搅拌的转速为200 r/min，所述搅拌时间为6 h。以上步骤进行四次。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为300℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7-300℃。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为350℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7-350℃。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7-400℃。
将搅拌均匀的混合溶液放于管式炉中在氮气氛围下，以煅烧升温速率为5℃/min，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2 h 的条件下进行反应后得到磁性活性炭记为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-AC-7-450℃。
材料的磁性性能评价，结果详见表1
表1
| 磁性活性炭种类 | 磁性性能（Am<sup>2</sup>/kg） |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-7-300℃ | 22.09 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-7-350℃ | 27.95 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-7-400℃ | 33.79 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-7-450℃ | 30.97 |
比较例1
按CN 110102262 A公开的一种镍铁磁性活性炭复合材料的制备方法用于汞离子的吸附，该合成方法为称取2.38gNiCl2·6H2O和5.41g FeCl3·6H2O溶于70mL去离子水中，向所得溶液中加入2g硝酸预处理的活性炭粉末，将所得混合物在超声仪中超声30min；超声结束后，向所得分散液中加入11mL氨水，并持续搅拌20min；最后将所得混合液移入反应釜中，在220℃的条件下进行共沉淀反应14 h。反应结束后，用磁铁将得到的材料与溶液分离，并用去离子水洗涤数次后，放入恒温干燥箱中在60℃条件下烘干，得到磁性活性炭，记为NiFe2O4-PAC。
1.磁性活性炭材料的应用
磁性活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.005 g吸附汞后的磁性活性炭在DMA-80测汞仪中测量磁性活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂该方法合成的磁性活性炭NiFe2O4-PAC的吸附量为35.894μg/g。
比较例2
活性炭的脱汞性能测试在固定床脱汞实验装置上进行，汞渗透管装置放置在温度可调节的汞发生器内，以高纯氮气作为载气，以输送汞蒸气。称取0.05g吸附剂放置在U型管吸附装置中，并固定U型管的温度为120℃，通过调节汞渗透管装置的温度来控制模拟烟气中汞的初始浓度。吸附剂吸附四个小时后，取出称取0.005 g吸附汞后的活性炭在DMA-80测汞仪中测量活性炭的汞含量。在汞渗透管装置温度为50℃对应的汞的饱和蒸汽浓度为160ng/mL的条件下吸附剂该方法合成的活性炭AC的吸附量为77.765μg/g。
材料吸附性能评价，结果详见表2。
表2
| 磁性活性炭种类 | 吸附量（μg/g） |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-8 | 170.965 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-7 | 172.335 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-6 | 119.766 |
| Ni<sub>0.5</sub>Zn<sub>0.5</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-AC-5 | 107.096 |
| NiFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>-PAC | 35.894 |
| AC | 77.765 |
本发明可以快速合成了大量磁性活性炭。本发明的合成方法比传统的合成方法更简便，优势更明显。这个方法的优点是不用添加助溶剂，也不需要洗涤，前期处理时间短，制备周期短，成本低，易于工业化。该材料对烟气中的汞具有较强的吸附去除能力，Ni、Zn、Fe金属元素的掺杂大大增强了活性炭对元素汞的捕集能力，且在使用后容易回收再利用。而比较例1中制备的磁性活性炭前期处理时间长，需要加入助溶剂，并需要进行长时间的共沉淀反应，制备时间长，无法简单大批量生产，吸附效果差。
Claims (8)
1.磁性活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将活性炭、铁的可溶性盐、镍的可溶性盐和锌的可溶性盐溶于无水乙醇或去离子水中，得到混合溶液；
2）将混合溶液在氮气氛围下300-500℃焙烧1-4 h后停止加热，在氮气氛围中冷却至室温后，得到磁性活性炭。
2.根据权利要求1所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1）中，镍、锌和铁的物质的量比为1︰1︰4，铁与活性炭的质量比为1:5~8。
3.根据权利要求2所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，铁与活性炭的质量比为1:7。
4.根据权利要求1所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，所述铁的可溶性盐为九水硝酸铁，镍的可溶性盐为六水硝酸镍，锌的可溶性盐为六水硝酸锌。
5.根据权利要求1所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，步骤2）中，焙烧温度为400℃，焙烧时间为2h。
6.根据权利要求1所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，步骤2）中，焙烧升温为5℃/min。
7.根据权利要求1所述的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1）中，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为6h。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的磁性活性炭应用于烟气脱汞中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210020045.XA CN114345297A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210020045.XA CN114345297A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114345297A true CN114345297A (zh) | 2022-04-15 |
Family
ID=81107169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210020045.XA Pending CN114345297A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114345297A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115463641A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-12-13 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司 | 三元磁性复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0684209A1 (en) * | 1994-05-25 | 1995-11-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Production of magnetic oxide powder |
| KR20030079443A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-10 | 김정식 | 이산화탄소 분해용 초미세 3원계 페라이트 촉매 및 그의제조방법 |
| CN1793421A (zh) * | 2005-11-10 | 2006-06-28 | 东华大学 | 一种碳纳米管/镍锌铁氧体复合材料的制备方法 |
| CN101800105A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-08-11 | 东华大学 | 一种MWCNTs/Co1-xZnxFe2O4磁性纳米复合材料的制备方法 |
| CN105233687A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-13 | 华北电力大学（保定） | 一种脱除燃煤烟气中元素态汞的方法 |
-
2022
- 2022-01-10 CN CN202210020045.XA patent/CN114345297A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0684209A1 (en) * | 1994-05-25 | 1995-11-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Production of magnetic oxide powder |
| KR20030079443A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-10 | 김정식 | 이산화탄소 분해용 초미세 3원계 페라이트 촉매 및 그의제조방법 |
| CN1793421A (zh) * | 2005-11-10 | 2006-06-28 | 东华大学 | 一种碳纳米管/镍锌铁氧体复合材料的制备方法 |
| CN101800105A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-08-11 | 东华大学 | 一种MWCNTs/Co1-xZnxFe2O4磁性纳米复合材料的制备方法 |
| CN105233687A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-13 | 华北电力大学（保定） | 一种脱除燃煤烟气中元素态汞的方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| RUIJIANG LIU ET AL.: ""A facile sol combustion and calcination process for the preparation of magnetic Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanopowders and their adsorption behaviors of Congo red"", 《POWDER TECHNOLOGY》, vol. 274, 28 January 2015 (2015-01-28), pages 418 - 425 * |
| WEI YANG ET AL.: ""Preparation of magnetic Co-Fe modified porous carbon from agricultural wastes by microwave and steam activation for mercury removal"", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》, vol. 381, 7 August 2019 (2019-08-07), pages 1 - 10, XP085943060, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.120981 * |
| 安玉良等: ""活性炭负载镍锌铁氧体的制备及电磁性能研究"", 《功能材料》, vol. 45, 31 December 2014 (2014-12-31), pages 28 - 31 * |
| 费鹏等: ""磁分离性Ni-ZnFe2O4/C 纤维复合吸附剂材料的设计合成及性能研究"", 《山西大同大学学报(自然科学版)》, vol. 36, no. 2, 30 April 2020 (2020-04-30), pages 4 - 7 * |
| 郭孔鲁: ""磁性多孔材料模拟烟气脱汞性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, 15 January 2023 (2023-01-15), pages 016 - 1824 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115463641A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-12-13 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司 | 三元磁性复合材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Strong adsorption of tetracycline hydrochloride on magnetic carbon-coated cobalt oxide nanoparticles | |
| Xiong et al. | Synthesis of magnetic porous γ-Fe 2 O 3/C@ HKUST-1 composites for efficient removal of dyes and heavy metal ions from aqueous solution | |
| Hu et al. | Preparation and characterization of novel magnetic Fe3O4/chitosan/Al (OH) 3 beads and its adsorption for fluoride | |
| Li et al. | Diglycolamide-grafted Fe3O4/polydopamine nanomaterial as a novel magnetic adsorbent for preconcentration of rare earth elements in water samples prior to inductively coupled plasma optical emission spectrometry determination | |
| Al-Harahsheh et al. | High-stability polyamine/amide-functionalized magnetic nanoparticles for enhanced extraction of uranium from aqueous solutions | |
| Srivastava et al. | Synthesis and application of biocompatible nontoxic nanoparticles for reclamation of Ce3+ from synthetic wastewater: toxicity assessment, kinetic, isotherm and thermodynamic study | |
| Wetchakun et al. | Synthesis and characterization of novel magnetically separable CoFe2O4/CeO2 nanocomposite photocatalysts | |
| CN104815609A (zh) | 一种铁锰复合氧化物及其制备方法与应用 | |
| CN112934164A (zh) | 一种磁性除磷吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN112387249B (zh) | 一种多孔生物炭/铁酸锌复合材料及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Nanocomposites of functionalized Metal− Organic frameworks and magnetic graphene oxide for selective adsorption and efficient determination of Lead (II) | |
| CN113042000A (zh) | 一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用 | |
| JP6315831B2 (ja) | セルロースの加水分解方法 | |
| CN114345297A (zh) | 磁性活性炭的制备方法及其在烟气脱汞中的应用 | |
| CN114832769B (zh) | 一种草酸盐改性纳米零价铁材料及其制备方法和应用 | |
| CN108854938A (zh) | 氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用 | |
| CN112547017A (zh) | 一种MIL-100(Fe)磁性纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN110102246B (zh) | 一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用 | |
| CN107282026A (zh) | 链状纳米磁性材料、制备方法及其应用 | |
| CN112607785B (zh) | 一种MnFe2O4/C纳米复合微球及其制备方法 | |
| CN106964315B (zh) | 一种中空磁性Co/碳纳米管的制备方法及应用 | |
| CN114345299B (zh) | 同步吸附水中镉和土霉素的铁碳复合材料及其制备方法 | |
| CN112296075A (zh) | 土壤重金属污染修复材料 | |
| CN111437797B (zh) | 一种离子液体包覆的氨基硅烷化磁性氧化石墨烯复合材料制备及其在重金属中应用 | |
| CN115703060A (zh) | 一种磁性双金属mof铷、铯吸附剂的制备方法及产品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |