CN114367269B - 一种烟气污染物吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气污染物吸附剂及其制备方法，属于吸附剂技术领域。所述烟气污染物吸附剂包括以下质量份原料：电石渣4‑6份，沸石8‑10份，改性活性炭15‑18份，聚乙烯吡咯烷酮0.2‑0.4份，白云石13‑16份，阳离子聚丙烯酰胺0.08‑0.15份，改性碳酸钙5‑6份。本发明制备的吸附剂可同时脱除烟气污染物中的SO2、NOx和CO2有害气体，脱除效率高，稳定性好。

Description

一种烟气污染物吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附剂技术领域，具体涉及一种烟气污染物吸附剂及其制备方法。
背景技术
我国大气环境污染问题较为严重，烟气的增加严重影响身心健康。目前，煤炭在我国仍然作为主要的能源物质，由于燃煤造成的烟气污染严重恶化了大气环境，排放的烧结烟气中的主要污染物SO2、NOx和CO2是对人类及动植物健康具有巨大危害的污染气体来源之一，大量的SO2和NOx会直接引起酸雨、光化学烟雾和雾霾等大气污染问题，大量的CO2会引起室温效应。因此，控制燃煤烟气排放成为保护大气环境的关键。
现有的烟气处理技术有多种，包括固相吸附、等离子体技术、催化氧化和溶液吸附等，最常用的是吸附方法，对吸附技术而言，高效脱除污染物是制备吸附剂的关键。而且通过吸附法分别脱除燃煤烟气中的单一组分SO2、NOx和CO2的方法均有报道，但同时吸附三种污染物的材料却很少见，因此，如何提供一种可同时脱除烟气中SO2、NOx和CO2污染物的吸附剂是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种烟气污染物吸附剂及其制备方法，该方法制备的吸附剂可同时脱除烟气污染物中的SO2、NOx和CO2有害气体，脱除效率高，稳定性好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种烟气污染物吸附剂，包括以下质量份原料：电石渣3-8份，沸石6-15份，改性活性炭12-24份，聚乙烯吡咯烷酮0.1-0.4份，白云石10-18份，阳离子聚丙烯酰胺0.05-0.2份，改性碳酸钙3-8份。
进一步地，所述烟气污染物吸附剂包括以下质量份原料：电石渣4-6份，沸石8-10份，改性活性炭15-18份，聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.4份，白云石13-16份，阳离子聚丙烯酰胺0.08-0.15份，改性碳酸钙5-6份。
进一步地，所述电石渣粒径为60-80μm；所述白云石粒径为10-20mm。
进一步地，所述改性活性炭为椰维炭，以椰壳为原料，经炭化、高温活化处理而成。
进一步地，所述改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在氯化钠溶液中，然后在氮气氛围下煅烧处理，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙。
本发明还提供一种所述的烟气污染物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将沸石和聚乙烯吡咯烷酮进行加热处理，然后加入阳离子聚丙烯酰胺，超声振荡，得到改性沸石；
2)将白云石进行煅烧处理，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得烟气污染物吸附剂。
进一步地，步骤1)中，所述加热处理温度为250-400℃，时间为1-2h；所述超声振荡时间为20-30min。
进一步地，步骤2)中，所述煅烧处理温度为800-1000℃，时间为1-2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明以电石渣为原料，电石渣提供了充足的CaO等碱性成分，且电石渣中含有的CaO2具有强氧化性，可增强吸附剂的化学吸附能力。
2、本发明以椰壳为原料进行改性处理，所得改性活性炭比表面积高、孔径分布窄、中孔率高等特点，可有效提高吸附剂的吸附能力，吸附速率更快。
3本发明将碳酸钙在氯化钠溶液中浸泡处理后进行煅烧处理，生成的CO2气体使CaO具有较大的内孔尺寸，从而使CaO最终转化率提高，增大CaO/NaCl共晶体层间距，从而提高吸附剂吸附性能。
4、本发明在制备吸附剂过程中，将沸石和聚乙烯吡咯烷酮首先进行煅烧处理，沸石在高温下煅烧形成多孔结构，然后利用阳离子聚丙烯酰胺改性多孔沸石，在沸石表面形成带负电的胶体，增强了沸石本身的吸附性。
5、本发明严格控制白云石的粒度、煅烧温度和煅烧时间，煅烧过程中氧化镁、氧化钙晶体会形成疏散结构，并保留着多晶结构，该晶体发育不完全，存在着大量的缺陷，使其活性增加，进而提高了吸附剂活性。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按重量份计。
一种烟气污染物吸附剂，包括以下质量份原料：电石渣3-8份，沸石6-15份，改性活性炭12-24份，聚乙烯吡咯烷酮0.1-0.4份，白云石10-18份，阳离子聚丙烯酰胺0.05-0.2份，改性碳酸钙3-8份。
进一步地，所述烟气污染物吸附剂包括以下质量份原料：电石渣4-6份，沸石8-10份，改性活性炭15-18份，聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.4份，白云石13-16份，阳离子聚丙烯酰胺0.08-0.15份，改性碳酸钙5-6份。
所述电石渣粒径为60-80μm；所述白云石粒径为10-20mm。
所述改性活性炭为椰维炭，制备方法为：以椰壳为原料，在300-500℃条件下进行炭化处理，得到炭化料；然后将炭化料与活性剂KOH混合，研磨，于850-900℃条件下进行活化处理40-60min，得到的活化产物进行水洗，过滤，干燥，即得改性活性炭。
所述改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在1wt％氯化钠溶液中24h，然后在氮气氛围下煅烧5-6h，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙。
一种所述的烟气污染物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将沸石和聚乙烯吡咯烷酮进行加热处理，然后加入阳离子聚丙烯酰胺，超声振荡，得到改性沸石；
2)将白云石进行煅烧处理，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得烟气污染物吸附剂。
步骤1)中，所述加热处理温度为250-400℃，时间为1-2h；所述超声振荡时间为20-30min。
步骤2)中，所述煅烧处理温度为800-1000℃，时间为1-2h。
实施例1
一种烟气污染物吸附剂，包括以下质量份原料：电石渣5份，沸石9份，改性活性炭16份，聚乙烯吡咯烷酮0.3份，白云石15份，阳离子聚丙烯酰胺0.1份，改性碳酸钙5份。
烟气污染物吸附剂的制备方法：
1)改性活性炭制备方法：以椰壳为原料，在400℃条件下炭化处理20min，得到炭化料；然后将炭化料与活性剂KOH以质量比1:0.5的比例混合，研磨，于880℃条件下进行活化处理50min，得到的活化产物进行水洗，过滤，干燥，即得改性活性炭。
2)改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在1wt％氯化钠溶液中24h，不断搅拌，离心，烘干，然后在氮气氛围下煅烧5h，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙。
3)将沸石浸泡在1mol/L盐酸溶液中，过滤，用去离子水将沸石洗涤至中性，干燥，粉碎，然后与聚乙烯吡咯烷酮混合，在350℃条件下加热处理1.5h，得到多孔沸石，再将多孔沸石与阳离子聚丙烯酰胺和水混合，超声振荡25min，即得到改性沸石。
4)将白云石在900℃条件下煅烧处理1.5h，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得粒径为3mm的烟气污染物吸附剂。
实施例2
一种烟气污染物吸附剂，包括以下质量份原料：电石渣3份，沸石15份，改性活性炭12份，聚乙烯吡咯烷酮0.4份，白云石10份，阳离子聚丙烯酰胺0.05份，改性碳酸钙8份。
烟气污染物吸附剂的制备方法：
1)改性活性炭制备方法：以椰壳为原料，在300℃条件下炭化处理30min，得到炭化料；然后将炭化料与活性剂KOH以质量比1:0.5的比例混合，研磨，于850℃条件下进行活化处理60min，得到的活化产物进行水洗，过滤，干燥，即得改性活性炭。
2)改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在1wt％氯化钠溶液中24h，不断搅拌，离心，烘干，然后在氮气氛围下煅烧6h，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙。
3)将沸石浸泡在1mol/L盐酸溶液中，过滤，用去离子水将沸石洗涤至中性，干燥，粉碎，然后与聚乙烯吡咯烷酮混合，在250℃条件下加热处理2h，得到多孔沸石，再将多孔沸石与阳离子聚丙烯酰胺和水混合，超声振荡20min，即得到改性沸石。
4)将白云石在800℃条件下煅烧处理2h，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得粒径为3mm的烟气污染物吸附剂。
实施例3
一种烟气污染物吸附剂，包括以下质量份原料：电石渣8份，沸石10份，改性活性炭24份，聚乙烯吡咯烷酮0.1份，白云石18份，阳离子聚丙烯酰胺0.08份，改性碳酸钙3份。
烟气污染物吸附剂的制备方法：
1)改性活性炭制备方法：以椰壳为原料，在500℃条件下炭化处理20min，得到炭化料；然后将炭化料与活性剂KOH以质量比1:0.5的比例混合，研磨，于900℃条件下进行活化处理40min，得到的活化产物进行水洗，过滤，干燥，即得改性活性炭。
2)改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在1wt％氯化钠溶液中24h，不断搅拌，离心，烘干，然后在氮气氛围下煅烧5h，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙。
3)将沸石浸泡在1mol/L盐酸溶液中，过滤，用去离子水将沸石洗涤至中性，干燥，粉碎，然后与聚乙烯吡咯烷酮混合，在400℃条件下加热处理1h，得到多孔沸石，再将多孔沸石与阳离子聚丙烯酰胺和水混合，超声振荡30min，即得到改性沸石。
4)将白云石在1000℃条件下煅烧处理1h，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得粒径为3mm的烟气污染物吸附剂。
对比例1
同实施例1，区别在于，活性炭和碳酸钙不进行改性处理，即将改性活性炭替换成活性炭，将改性碳酸钙替换成碳酸钙。
对比例2
同实施例1，区别在于，不进行步骤3，将沸石、聚乙烯吡咯烷酮、阳离子聚丙烯酰胺直接与其他原料混合。
对比例3
同实施例1，区别在于，步骤4中白云石不进行煅烧处理。
对比例4
同实施例1，区别在于，以钙基原料作为吸附剂，即原料为电石渣、白云石和改性碳酸钙。
对比例5
同实施例1，区别在于，以活性炭作为吸附剂，即原料为改性活性炭。
对比例6
同实施例1，区别在于，以沸石作为吸附剂，即原料为沸石、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺。
试验例1
将实施例1-3、对比例1-6制备的吸附剂分别装入反应器中，通入烟气污染物，控制流量为400mL/min，烟气中SO2、NOx和CO2的浓度分别为3400ppm，2100ppm和300％。在脱除10min时对脱除效率进行检测，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003528098240000091
Figure BDA0003528098240000101
从表1中可以看出，实施例1-3制备的烟气污染物吸附剂在吸附10min时，吸附效率可以达到90％以上，说明本发明制备的吸附剂可以在较长时间内维持较高的吸附效率，而对比例中由于原料未进行改性处理，或者原料不完整，在吸附10min后吸附效率明显下降，并且，对比例4-6单独使用一类吸附剂时，吸附效率下降更明显。综上说明，本发明制备的吸附剂之所以能够达到如此好的效果，是由于各原料的相辅相成、相互促进的作用，缺少任何一种原料都会导致产品性能下降。
试验例2
将实施例1-3制备的吸附剂重复使用200次，以每次使用10min为1次，测试方式同试验例1，重复使用200次后对烟气中SO2、NOx、CO2脱除结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003528098240000102
从表2中可以看出，本发明制备的吸附剂在重复使用200次以后，依然能保持80％以上的吸附率，说明本发明制备的吸附剂稳定性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (5)

1.一种烟气污染物吸附剂，其特征在于，包括以下质量份原料：电石渣3-8份，沸石6-15份，改性活性炭12-24份，聚乙烯吡咯烷酮0.1-0.4份，白云石10-18份，阳离子聚丙烯酰胺0.05-0.2份，改性碳酸钙3-8份；
所述改性活性炭为椰维炭，以椰壳为原料，经炭化、850-900℃高温活化处理而成；
所述改性碳酸钙的制备方法为：将碳酸钙浸泡在氯化钠溶液中，然后在氮气氛围下煅烧处理，冷却过80目筛，即得到改性碳酸钙；
所述的烟气污染物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将沸石和聚乙烯吡咯烷酮进行加热处理，然后加入阳离子聚丙烯酰胺，超声振荡，得到改性沸石；
2)将白云石进行煅烧处理，然后添加电石渣、改性沸石、改性活性炭和改性碳酸钙，混匀，造粒，即得烟气污染物吸附剂。
2.根据权利要求1所述的烟气污染物吸附剂，其特征在于，所述烟气污染物吸附剂包括以下质量份原料：电石渣4-6份，沸石8-10份，改性活性炭15-18份，聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.4份，白云石13-16份，阳离子聚丙烯酰胺0.08-0.15份，改性碳酸钙5-6份。
3.根据权利要求1所述的烟气污染物吸附剂，其特征在于，所述电石渣粒径为60-80μm；所述白云石粒径为10-20mm。
4.根据权利要求1所述的烟气污染物吸附剂，其特征在于，步骤1)中，所述加热处理温度为250-400℃，时间为1-2h；所述超声振荡时间为20-30min。
5.根据权利要求1所述的烟气污染物吸附剂，其特征在于，步骤2)中，所述煅烧处理温度为800-1000℃，时间为1-2h。
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