CN116531933B - 一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大气污染控制技术领域，具体地说，涉及一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法。其包括以下原料：可再生材料、表面活性剂、植物材料、助剂、渗透剂和粘合剂；本发明中通过加入的可再生材料，采用碱金属氢氧化物、碳酸盐和金属离子的同时使用去除砖瓦窑烟气中的主要污染物，并尽可能避免产生新污染物，保障净化后烟气的环保指标，获得了很好的效果，并且实现了可再生性；加入的植物材料和助剂对于烟气中有害物质均具有较好的吸附能力，进一步提升了吸收剂对砖瓦窑烟气中次要污染物的净化效果；可再生材料和植物材料的协同作用，增加了吸附表面积，提升了砖瓦窑烟气多污染物的吸收效率，从而使得砖瓦窑烟气得到有效治理。
Description
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，具体地说，涉及一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法。
背景技术
由于大多数砖瓦企业现代化的水平较低、利润空间极小、环保投入不足以及缺乏经济高效的废气治理技术，导致砖瓦工业大气污染控制整体水平低下，治理效果难以满足要求。砖瓦窑烟气中的污染物成分主要包括氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等，部分利用矿渣、污泥等固废制砖的企业还会产生含二噁英、重金属、氢氯酸气体等有害物质的废气排放，造成严重危害，形势十分严峻。砖瓦行业烟气治理一直以来未有针对性的技术研发，只能套用各种常用烟气治理技术。现行脱硫除尘技术主要为双碱法湿式脱硫除尘技术，该技术未与烧结砖瓦工艺进行深度融合，未对除二氧化硫和颗粒物之外的成分进行治理，达不到预期效果，且易结垢腐蚀设备，换水量大，不能连续稳定运行。因此，需要结合砖瓦窑烟气成分复杂、处理量大的特点，在现有湿式脱硫除尘技术基础上，研制和改进吸收剂，使其能够同时处理砖瓦窑烟气多种污染物成分，从而提升污染去除效率，加强吸收剂的可再生性能，使其能够循环利用，从而降低推广和应用成本，提升砖瓦窑烟气的污染排放治理水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂，包括以下重量份原料：可再生材料15-27份、表面活性剂1-5份、植物材料15-30份、助剂4-12份、渗透剂1-3份和粘合剂30-50份；
所述可再生材料包括氢氧化物、碳酸盐和金属离子；
植物材料包括木炭、毛竹粉、菊花粉和仙人掌粉。
作为本技术方案的进一步改进，所述氢氧化物、碳酸盐和金属离子的质量比为5:3:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述氢氧化物为碱金属氢氧化物，包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙，质量比为1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述碳酸盐为碱金属碳酸盐，包括碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙，质量比为1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述金属离子为碱金属离子，包括钠离子、钾离子和钙离子，质量比为1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述木炭、毛竹粉、菊花粉和仙人掌粉的质量比为5:1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述表面活性剂包括草酸、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠和二十四烷基苯磺酸钠，质量比为3:1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述助剂包括铬酸钾、氯化钙和活性氧化铁陶瓷球，质量比为0.5:1:3。
作为本技术方案的进一步改进，所述渗透剂为纤维素；所述粘合剂为蒸馏水。
另一方面，本发明提供了一种用于上述中任意一项所述的砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将可再生材料、植物材料和助剂混合，加入蒸馏水调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
S2、将纤维素加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂混合；
S3、将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
S4、将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
S5、将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法中，加入的可再生材料，采用碱金属氢氧化物、碳酸盐和金属离子的同时使用去除砖瓦窑烟气中的主要污染物，并尽可能避免产生新污染物，保障净化后烟气的环保指标，获得了很好的效果，并且实现了可再生性；加入的植物材料和助剂对于烟气中有害物质均具有较好的吸附能力，进一步提升了吸收剂对砖瓦窑烟气中次要污染物的净化效果。
2、该砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂及其制备方法中，可再生材料和植物材料能够协同作用，增加了吸附表面积，提高了有害气体的吸收量，从而提高了污染物净化效率；植物的表面和内部结构具有丰富的活性官能团，可以增加有害气体与氢氧化物、碳酸盐、金属离子之间的接触面积，促进了反应的进行，从而具备更高的协同反应效果；在不断更新换代的植物生物系统中，植物叶片、根系、菌丝等微生物共同作用，产生丰富的净化菌群，可以协同清除不同污染物，保障了净化效果的可靠性。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂，包括以下重量份原料：可再生材料15-27份、表面活性剂1-5份、植物材料15-30份、助剂4-12份、渗透剂1-3份和粘合剂30-50份。
具体的：
可再生材料包括氢氧化物、碳酸盐和金属离子，质量比为5:3:1；其中：氢氧化物为碱金属氢氧化物，包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙，质量比为1:1:1，此类物质能够在水中产生氢氧根负离子，与烟气中的氮氧化物和二氧化硫反应，形成相应的盐类物质，例如如下反应式：
2OH- + NO + NO2 → 2NO2 - + H2O；
2OH- + 2NO2 → NO3 - + NO2 - + H2O；
2OH- + SO2 → SO3 2- + H2O；
上述化学反应中，氮氧化物和二氧化硫会被吸收生成硝酸盐、亚硝酸盐和亚硫酸盐，而氢氧化物则会被消耗掉，由于在烟气湿法净化过程中，烟气中的氮氧化物和二氧化硫是主要的酸性成分，碱性的氢氧化物能够吸收和中和这些酸性成分，从而达到净化烟气的效果；
碳酸盐为碱金属碳酸盐，包括碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙，质量比为1:1:1，这些物质在水中会分解产生弱碱性的碳酸根离子，和烟气中的氢氯酸反应，形成相应的盐类和水，例如如下反应式：
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2；
K2CO3 + 2HCl → 2KCl + H2O + CO2；
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2；
上述化学反应中，烟气中的氢氯酸会被中和掉，碳酸盐则会被消耗掉，由于在烟气湿法净化过程中，烟气中的氢氯酸是主要的酸性成分之一，碱性的碳酸盐能够吸收和中和这些酸性成分，从而达到净化烟气的效果，碳酸盐还能和烟气中的氧化亚氮反应产生亚硝酸盐和二氧化碳，从而达到净化氮氧化物的目的；
所述金属离子为碱金属离子，包括钠离子、钾离子和钙离子，质量比为1:1:1；碱金属离子在吸收硫酸气态污染物时发挥重要作用；在碱性环境下，硫酸气以亚硫酸根的形式存在，与钙离子发生反应，形成亚硫酸钙沉淀，例如如下反应式：
SO2 + 2OH- → SO3 2- + H2O；
Ca2+ + SO3 2- → CaSO3↓；
上述化学反应中，硫酸气被中和、转化为固态盐类，从而达到净化烟气的效果。
上述可再生材料相对于单个中和剂的使用，使用多个中和剂能够实现更全面的污染物中和及吸收作用，从而提高净化效果；碱金属氢氧化物、碳酸盐和金属离子在烟气湿法净化过程中可相互转化，并且有很高的可再生性，如：氢氧化钠可以与气态中的二氧化硫反应生成亚硫酸钠，而氢氧化钙也可以进一步与亚硫酸钠反应生成亚硫酸钙和氢氧化钠，实现了氢氧化钠在净化过程中的再生；碱金属氢氧化物、碳酸盐和金属离子中和剂的使用可以尽可能避免产生新污染物，保障净化后烟气的环保指标，协同使用在净化烟气污染物的过程中具有很好的效果，并且实现了可再生性。
表面活性剂包括草酸、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠和二十四烷基苯磺酸钠，质量比为3:1:1:1；草酸能够与重金属离子、铜和铅等物质反应生成不溶性草酸盐，将烟气中的重金属离子、铜和铅等物质转化为不溶性盐，具有很好的净化效果；十二烷基苯磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，在烟气净化领域通常用于聚集和减缓颗粒物的沉降速度，可以提高颗粒物的捕集效率；硫酸钠是一种强酸性离子表面活性剂，可以将烟气颗粒物表面的无机盐和金属元素浸出到溶液中，还会在溶液中生成可再生的盐类沉淀，可以被循环使用；二十四烷基苯磺酸钠是一种阴离子型表面活性剂，可以用于促进有机物质如苯、卟啉、烷烃等的吸收，也可以在缠绕填料上形成气膜，起到增加表面积、提高质量传递效率的作用。
植物材料包括木炭、毛竹粉、菊花粉和仙人掌粉，质量比为5:1:1:1；木炭、毛竹粉、仙人掌可吸附空气中的苯、甲醛、二氧化碳等有害物质，并具有良好的保湿效果；菊花可以吸附二氧化硫、氧化氮等有害气体，并发挥净化空气的作用，同时菊花还可以净化过滤花粉、消除异味。
助剂包括铬酸钾、氯化钙和活性氧化铁陶瓷球，质量比为0.5:1:3，铬酸钾是一种强氧化剂，可以将烟气中的氮氧化物、二氧化硫等几乎所有污染物转化为无毒的盐类和酸；氯化钙可以吸收大量的二氧化硫气体；活性氧化铁陶瓷球可以通过颗粒中的活性氧化铁和铝玻璃多孔滤器的作用，吸收烟气中的有机和无机污染物，如氯气和硫化氢等，同时活性氧化铁陶瓷球由于具有良好的热稳定性、化学稳定性和粘结力。
本发明中，加入的可再生材料，采用碱金属氢氧化物、碳酸盐和金属离子的协同使用可以尽可能避免产生新污染物，保障净化后烟气的环保指标，协同使用在净化烟气污染物的过程中具有很好的效果，并且实现了可再生性；加入的植物材料和助剂对于烟气中有害物质均具有较好的吸附能力，提升了吸收剂性能。
同时，可再生材料和植物材料能够协同作用，增加了吸附表面积，提高了有害气体的吸附量，从而提高了污染物吸附效率；植物的表面和内部结构具有丰富的活性吸附位点，可以增加有害气体与氢氧化物、碳酸盐、金属离子之间的接触面积，促进了反应的进行，从而具备更高的协同反应效果；在不断更新换代的植物生物系统中，植物叶片、根系、菌丝等微生物共同作用，产生丰富的净化菌群，可以协同清除不同来源的污染物，保障了净化效果的可靠性。
根据图1所示，本发明实施例还提供了用于制备上述一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）将可再生材料、植物材料和助剂混合，加入蒸馏水调节浓度，蒸馏水用于粘合剂使用，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素加入至上述混合物中，并搅拌均匀，纤维素用于渗透剂使用，再加入表面活性剂混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
根据不同的原料用量，通过以下具体的实施例来对本发明提供的砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂进一步说明。
实施例1：（1）将可再生材料15份、植物材料15份和助剂4份混合，加入蒸馏水30份调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素1份加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂1份混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
实施例2：（1）将可再生材料27份、植物材料30份和助剂12份混合，加入蒸馏水50份调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素3份加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂5份混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
实施例3：（1）将可再生材料21份、植物材料22份和助剂8份混合，加入蒸馏水40份调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素2份加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂3份混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
实施例4：（1）将可再生材料27份、植物材料15份和助剂8份混合，加入蒸馏水40份调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素2份加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂3份混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
实施例5：（1）将可再生材料15份、植物材料30份和助剂9份混合，加入蒸馏水45份调节浓度，然后倒入搅拌器中混合均匀，水分含量控制在25-30%之间，混合至颗粒物均小于1mm；
（2）将纤维素2份加入至上述混合物中，并搅拌均匀，再加入表面活性剂4份混合；
（3）将混合物加入至金属模具中，在压力为2.7-3.6kg/cm2的条件下挤压成型；
（4）将成型品烘干24h，温度控制在100℃，降低含水量并达到制造要求；
（5）将制作好的成型品送入炉灶进行焙烧处理，反复升温，维持温度3h即可。
表1实施例1-5各原料用量（份）
为了验证本发明实施例制备的吸收剂具有较好的污染物去除率和可再生能力，通过以下试验例来对本发明实施例提供的砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂进行具体说明。
试验例
本试验例对上述实施例1-5提供的吸收剂进行污染物去除率的试验，利用实施例1-5提供的吸收剂处理含有SO2、NOx等废气的模拟气流，将吸收剂加入烟气湿法吸收池中，与烟气接触，在5次循环下，将废气中的SO2和NOx脱除，具体检测指标见表2。
表2实施例1-5各样品检测指标
根据表2所示，本发明实施例1-5提供的吸收剂，第一次循环时，对废气中SO2的去除率分别为92.4%、94.1%、94.3%、93.9%、93.8%，对NOx的去除率分别为89.2%、88.7%、91.0%、90.5%、90.1%；随着循环次数的增加，吸收剂对SO2和NOx的去除率均有所提高，在第五次循环时，吸收剂对SO2的去除率平均达到98.8%；对NOx的去除率平均达到97.5%；因此可以说明，本发明提供的吸收剂可以在多次循环下，具有明显的可再生能力，高效地去除废气中的有害物质。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种砖瓦窑烟气湿法多污染物吸收剂，其特征在于，包括以下重量份原料：可再生材料15-27份、表面活性剂1-5份、植物材料15-30份、助剂4-12份、渗透剂1-3份和粘合剂30-50份；
所述可再生材料包括氢氧化物、碳酸盐和金属离子；
植物材料包括木炭、毛竹粉、菊花粉和仙人掌粉；
所述氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙，质量比为1:1:1；
所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙，质量比为1:1:1；
所述金属离子包括钠离子、钾离子和钙离子，质量比为1:1:1；
所述木炭、毛竹粉、菊花粉和仙人掌粉的质量比为5:1:1:1；
所述表面活性剂包括草酸、十二烷基苯磺酸钠、硫酸钠和二十四烷基苯磺酸钠，质量比为3:1:1:1；
所述助剂包括铬酸钾、氯化钙和活性氧化铁陶瓷球，质量比为0.5:1:3；
所述渗透剂为纤维素；所述粘合剂为蒸馏水；
吸收剂用于在5次循环下，将烟气中的SO2和NOx脱除。
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