JP2010527288A5 - - Google Patents

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活性炭を含む吸着体、それらの製造方法および利用Adsorbents containing activated carbon, production method and use thereof 関連出願の相互参照Cross-reference of related applications

本願は、2007年10月26日出願の米国特許出願第11/977,843号、および2007年5月14日出願の米国仮特許出願第60/966,558号の優先権の利益を主張する。   This application claims the benefit of priority of US patent application Ser. No. 11 / 977,843 filed Oct. 26, 2007 and US Provisional Patent Application No. 60 / 966,558 filed May 14, 2007. .

本開示は、活性炭を含む吸着体、それらの製造方法、およびそれらの使用方法に関する。吸着体は、ガス流などの流体に由来する有毒物質の除去に使用することができる。例えば、吸着体は、石炭の燃焼排ガスから、酸化状態にある水銀元素を除去するのに使用して差し支えない。 The present disclosure relates to adsorbents comprising activated carbon, methods for their production, and methods for their use. The adsorbent can be used to remove toxic substances derived from fluids such as gas streams. For example, the adsorbent can be used to remove elemental mercury from the combustion flue gas of coal.

大気への毒素の排出は人間の健康に危険をもたらすことから、環境問題への懸念が強まっている。例えば、石炭火力発電所および医療廃棄物の焼却は、人的活動に関連する水銀放出の主な原因である。大気に放出される水銀は、地上に堆積する前に何千マイルも移動する。研究によれば、大気に由来する水銀は、排出源に近い領域にも堆積しうる。   Since the release of toxins into the atmosphere poses a danger to human health, there are growing concerns about environmental issues. For example, coal-fired power plants and incineration of medical waste are the main causes of mercury emissions associated with human activities. Mercury released to the atmosphere travels thousands of miles before being deposited on the ground. Studies show that mercury from the atmosphere can accumulate in areas close to the source.

毎年、米国の石炭火力発電所から排出される水銀は、48トンにも上ると推定されている。ある米国エネルギー省(DOE)−エネルギー情報局のエネルギー展望の年次報告書は、石炭を燃料とする発電容量の利用が増大することから、発電のための石炭消費量が、2002年の9億7600万トンから2025年には14億7700万トンに増大するであろうと予測している。しかしながら、水銀の放出制御は、石炭火力発電所では厳密に規制されていない。主な理由は、特に水銀元素の制御など、合理的な費用で利用可能な有効な制御技術が欠如していることである。   Every year, it is estimated that as much as 48 tons of mercury is emitted from coal-fired power plants in the United States. One US Department of Energy (DOE)-Energy Information Bureau's annual energy outlook report shows that coal consumption for power generation will increase to 900 million It is expected to increase from 76 million tons to 1,477 million tons in 2025. However, mercury emission control is not strictly regulated at coal-fired power plants. The main reason is the lack of effective control techniques that are available at reasonable costs, especially the control of elemental mercury.

水銀元素および酸化水銀を制御するのに使用される技術の1つは、活性炭の注入(ACI)である。ACI法は、活性炭粉末を燃焼排ガス流れに注入する工程、および、織物繊維または電気集塵装置を使用して、水銀を吸着した活性炭を回収する工程を含む。一般に、ACI技術は、所望の水銀除去レベル(>90%)を達成するため、炭素の水銀に対する比率が高いことを必要とし、その結果、吸着材料の費用が嵩むこととなる。炭素の水銀に対する比率が高いことは、ACIが炭素粉末の水銀収着能を効率よく利用していないことを示唆している。さらには、1つの粒子捕集システムのみを用いる場合には、汚染された活性炭粉末との混合が原因となり、フライアッシュの商品価値が犠牲にされてしまう。2つの別個の集塵装置を備え、フライアッシュ用の第1の集塵装置および活性炭粉末用の第2の集塵装置またはバグハウスの間に活性炭吸着剤を注入するシステムが利用されうる。高い収集効率を有するバグハウスを発電設備に設置してもよい。しかしながら、これらの手段は費用がかかり、特に小さな発電所では、実用的ではないであろう。 One technique used to control elemental mercury and mercury oxide is activated carbon injection (ACI). The ACI method includes the steps of injecting activated carbon powder into the flue gas stream and recovering the activated carbon that has adsorbed mercury using a textile fiber or electrostatic precipitator. In general, ACI technology requires a high ratio of carbon to mercury to achieve the desired mercury removal level (> 90%), resulting in increased cost of the adsorbent material. The high ratio of carbon to mercury suggests that ACI does not efficiently utilize the mercury sorption capacity of carbon powder. Furthermore, when only one particle collection system is used, the commercial value of fly ash is sacrificed due to mixing with contaminated activated carbon powder. A system comprising two separate dust collectors and injecting an activated carbon adsorbent between a first dust collector for fly ash and a second dust collector for activated carbon powder or a baghouse may be utilized. A bug house having high collection efficiency may be installed in the power generation facility. However, these measures are expensive and may not be practical, especially in small power plants.

水溶性(酸化)水銀は、高濃度のSO2およびHClを有する瀝青炭の燃焼排ガスにおける主要な水銀種であり、瀝青炭を燃料とするプラントはNOxおよび/またはSO2の制御技術を組み合わせた洗浄装置を使用して、90%の水銀を除去することが可能でありうる。水銀の排出制御は、微粒子の排出制御の相乗便益として実現することができる。洗浄装置にキレート剤を加えて、水銀の再排出を抑制してもよい。キレート剤は、金属製の洗浄装置の腐食の問題およびキレート溶液の処理が原因で、費用を増大させる。水銀元素は、亜瀝青炭または褐炭の燃焼排ガスにおける水銀の優占種であり、洗浄装置は、追加の化学物質を系に加えないかぎり、水銀元素の除去には有効ではない。しかしながら、潜在的に環境にとって危険な物質を追加的に燃焼排ガス系に加えることは望ましくない。 Water-soluble (oxidized) mercury is the main mercury species in the flue gas of bituminous coal with high concentrations of SO 2 and HCl, and bituminous coal-fired plants are combined with NO x and / or SO 2 control technologies It may be possible to remove 90% mercury using the apparatus. Mercury emission control can be realized as a synergistic benefit of particulate emission control. A chelating agent may be added to the cleaning device to suppress mercury re-discharge. Chelating agents increase costs due to the corrosion problems of metal cleaning equipment and the processing of the chelating solution. Elemental mercury is the dominant species of mercury in sub-bituminous or brown coal flue gas, and cleaning equipment is not effective in removing elemental mercury unless additional chemicals are added to the system. However, it is not desirable to add additional potentially hazardous substances to the flue gas system.

合成ガスおよび燃焼排ガスなどの特定の工業ガスは、水銀に加えて、カドミウム、クロニウム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素またはセレンなどの有毒物質を含みうる。水銀と同様に、これらの有毒物質は、元素の形態、または元素を含む化合物の形態で存在しうる。合成ガスが工業および/または住宅用途に供給される前に、あるいはガスが大気に排出される前に、1種類以上のこれらの有毒物質の存在が実質的に低減されることが非常に望ましい。   Certain industrial gases, such as synthesis gas and flue gas, include cadmium, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic or selenium in addition to mercury Of toxic substances. Like mercury, these toxic substances can exist in the form of elements or in the form of compounds containing elements. It is highly desirable that the presence of one or more of these toxic substances be substantially reduced before the syngas is supplied to industrial and / or residential applications or before the gas is vented to the atmosphere.

活性炭粉末単独よりも高性能で、燃焼排ガスおよび合成ガスなどの流体から水銀および/または他の有毒物質を除去する能力のある吸着材料が、真に必要とされている。そのような溶媒材料が合理的な費用で生産され、便利に利用されることも望まれている。 There is a real need for adsorbent materials that have higher performance than activated carbon powder alone and are capable of removing mercury and / or other toxic substances from fluids such as flue gas and synthesis gas. It is also desirable that such solvent materials be produced at a reasonable cost and conveniently used.

本発明の実施の形態は、活性炭を含む吸着体、それらの製造方法、ならびにそれらの使用方法に関する。吸着体は、ガス流などの流体から有毒物質を除去するのに用いることができる。例えば、吸着体は、石炭の燃焼排ガスから水銀元素、または酸化状態の水銀を除去するために用いて差し支えない。 Embodiments of the present invention relate to adsorbents containing activated carbon, methods for producing them, and methods for using them. The adsorbent can be used to remove toxic substances from a fluid such as a gas stream. For example, the adsorbent can be used to remove elemental mercury or oxidized mercury from coal flue gas.

本発明の実施の形態は、以下の利点の1つ以上を有する。有毒物質を吸着する能力のある、または有毒物質の吸着を促進する、高い比表面積および多数の活性部位を有する活性炭を含む本発明の吸着体を生産し、ヒ素、カドミウム、水銀およびセレンを含む有毒物質の吸着に有効に使用することができる。本発明の特定の実施の形態の吸着体は、酸化水銀の吸着のみならず水銀元素にも有効である。さらには、本発明の特定の実施の形態の吸着体は、同様に高いおよび低いHCl濃度を有する燃焼排ガスから水銀を除去するのに有効である。本発明の特定の実施の形態の吸着体もまた、高いSO3濃度を有する燃焼排ガスから水銀を除去するのにも有効である。 Embodiments of the invention have one or more of the following advantages. Produces an adsorbent of the present invention comprising activated carbon having a high specific surface area and a large number of active sites capable of adsorbing or promoting adsorption of toxic substances, including arsenic, cadmium, mercury and selenium It can be used effectively for adsorption of substances. The adsorbent according to a specific embodiment of the present invention is effective not only for the adsorption of mercury oxide but also for elemental mercury. Furthermore, the adsorbents of certain embodiments of the present invention are effective in removing mercury from flue gas having similarly high and low HCl concentrations. The adsorbents of certain embodiments of the present invention are also effective in removing mercury from flue gas having a high SO 3 concentration.

さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部には、当業者には、その説明から容易に明らかになるであろうし、あるいは、明細書および添付の特許請求の範囲、ならびに添付の図面に記載されるように本発明を実施することにより認識されるであろう。   Additional features and advantages are set forth in the following detailed description, and in part will be readily apparent to those skilled in the art from the description, or in the specification and appended claims. , As well as by implementing the invention as described in the accompanying drawings.

前述の概要および以下の詳細な説明は、単に本発明を説明するものであり、特許請求の範囲に記載される本発明の性質および特徴を理解するための概観または骨組みを提供することが意図されている。   The foregoing summary and the following detailed description are merely illustrative of the invention and are intended to provide an overview or framework for understanding the nature and characteristics of the invention as recited in the claims. ing.

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれ、その一部を構成する。   The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification.

経時による、本発明に従ったその場押出成形された金属触媒と、含浸金属を含むがその場押出成形された金属触媒は含まない吸着剤とを含む、吸着剤の試験サンプルの水銀除去能力を比較したグラフ。The mercury removal capacity of an adsorbent test sample, over time, comprising an in situ extruded metal catalyst according to the present invention and an adsorbent comprising impregnated metal but not in situ extruded metal catalyst. Comparison graph. さまざまな注入口水銀濃度における本発明の1つの実施の形態による、吸着体の注入口の水銀濃度(CHg0)および排出口の水銀濃度(CHg1)を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the inlet mercury concentration (CHg0) and outlet mercury concentration (CHg1) of the sorbent body according to one embodiment of the present invention at various inlet mercury concentrations. その場押出成形された金属触媒を含む、本発明の1つの実施の形態にしたがった吸着体の断面図の部分のSEM画像。FIG. 3 is an SEM image of a portion of a cross-sectional view of an adsorbent according to one embodiment of the present invention that includes an in situ extruded metal catalyst. 活性化後の含浸金属触媒を含む、比較吸着体の断面図の部分のSEM画像。The SEM image of the part of the cross-sectional view of a comparative adsorption body containing the impregnated metal catalyst after activation.

他に示さない限り、本明細書および特許請求の範囲に用いられる特定の物理的性質についての成分の重量%、寸法、および値を表すようなすべての数値は、「約」という用語によって修飾されているものと解されるべきである。本明細書および特許請求の範囲に用いられる正確な数値はまた、本発明の追加の実施の形態を形成するものと解されるべきである。実施例に開示される数値の正確さが確保されるように努めているが、任意の測定された数値は、個別の測定技術に見られる標準偏差から生じるいくらかの誤差を本質的に含みうる。   Unless otherwise indicated, all numerical values such as weight percentages, dimensions, and values of ingredients for a particular physical property used in the specification and claims are modified by the term “about”. It should be understood that The exact numerical values used in the specification and claims should also be understood as forming additional embodiments of the invention. While efforts are made to ensure the accuracy of the numerical values disclosed in the examples, any measured numerical value may inherently contain some error resulting from the standard deviation found in individual measurement techniques.

本明細書では、不定冠詞「a」または「an」の使用は、「少なくとも1つ」であることを意味し、そうでないことが明白に示されない限り、「1つのみ」に限定されるべきではない。したがって、例えば、「金属触媒(単数)」への言及は、文脈が明らかに別であることを示さない限り、1つ、2つまたはそれ以上の金属触媒を有する実施の形態を含む。   As used herein, the use of the indefinite article “a” or “an” means “at least one” and should be limited to “one” unless expressly indicated otherwise. is not. Thus, for example, reference to “a metal catalyst” includes embodiments having one, two, or more metal catalysts unless the context clearly indicates otherwise.

本明細書では、成分の「重量%」または「重量パーセント」または「重量によるパーセント」は、そうでないことが明確に記載されていないかぎり、成分が含まれている組成物または物品の総重量に基づいている。本明細書では、すべての割合は、他に示さない限り、重量による。気体に関するすべてのppmは、他に示さない限り、容量による。  As used herein, “% by weight” or “weight percent” or “percentage by weight” of an ingredient refers to the total weight of the composition or article in which the ingredient is included, unless expressly stated otherwise. Is based. As used herein, all percentages are by weight unless otherwise indicated. All ppm for gases are by volume unless otherwise indicated.

本明細書では「硫黄」という用語は、とりわけ硫黄元素(0)、硫酸(+6)、亜硫酸(+4)、および硫化物(−2)を含めたすべての酸化状態における硫黄元素を含む。したがって、硫黄という用語は、硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分における、任意の酸化状態における硫黄を含む。硫黄の重量パーセントは、金属中の硫黄の総量の計算の目的では、元素状態に転換される他の状態における任意の硫黄について、硫黄元素に基づいて計算される。  As used herein, the term “sulfur” includes elemental sulfur in all oxidation states including elemental sulfur (0), sulfuric acid (+6), sulfurous acid (+4), and sulfide (−2), among others. Thus, the term sulfur includes sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a sulfur-containing compound or moiety. The weight percent of sulfur is calculated based on elemental sulfur for any sulfur in other states that are converted to the elemental state for purposes of calculating the total amount of sulfur in the metal.

「金属触媒」という用語は、金属元素として、または金属を含む化合物または部分における、任意の酸化状態における金属元素を含み、この金属触媒は、本発明の吸着体と接触する流体からの有毒物質(カドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素、またはセレンなど、またはカドミウム、水銀、ヒ素、またはセレンなど)の除去を促進する形態で存在する。金属元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属(ランタノイドを含む)、およびアルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、タリウムおよびビスマスなどの他の金属を含みうる。 The term “metal catalyst” includes a metal element in any oxidation state, either as a metal element or in a compound or moiety that contains a metal, which is a toxic substance from a fluid in contact with the adsorbent of the invention ( Removal of cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic, or selenium, or cadmium, mercury, arsenic, or selenium) It exists in a form that promotes. Metal elements can include alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, rare earth metals (including lanthanoids), and other metals such as aluminum, gallium, indium, tin, lead, thallium and bismuth.

金属触媒の重量パーセントは、金属中の金属触媒の総量の計算の目的では、元素状態に転換される他の状態における任意の金属について、金属元素に基づいて計算される。無機充填剤化合物などの不活性な形態で存在する金属元素は、金属触媒とはみなさず、金属触媒の重量パーセントには寄与しない。硫黄または金属触媒の量は、質量分析などの任意の適切な分析技術を使用して決定されうる。  The weight percent of metal catalyst is calculated based on the metal element for any metal in other states that are converted to the elemental state for purposes of calculating the total amount of metal catalyst in the metal. Metal elements present in an inert form such as inorganic filler compounds are not considered metal catalysts and do not contribute to the weight percent of the metal catalyst. The amount of sulfur or metal catalyst can be determined using any suitable analytical technique such as mass spectrometry.

「その場押出成形された」とは、硫黄および/または金属触媒などの関連物質の原材料の少なくとも一部がバッチ混合材料に取り込まれることによって、形成体がそこに取り込まれた原材料を含むように、硫黄および/または金属触媒などの関連物質が材料に取り込まれることを意味する。  “In-situ extruded” means that at least a portion of the raw material of the relevant substance, such as sulfur and / or metal catalyst, is incorporated into the batch mixed material so that the formed body includes the raw material incorporated therein. , Meaning that related substances such as sulfur and / or metal catalysts are incorporated into the material.

本発明の吸着体、または押出成形バッチ混合体、またはバッチ混合材料の断面にわたる硫黄、金属触媒または他の材料の分散は、限定はしないが、マイクロプローブ、XPS(X線光電子分光法)、および質量分析と組み合わせたレーザーアブレーションを含めた、さまざまな技法によって測定することができる。 The dispersion of sulfur, metal catalyst or other material across the cross-section of the sorbent body, or extruded batch mixture, or batch mixed material of the present invention includes, but is not limited to, a microprobe, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), and It can be measured by a variety of techniques, including laser ablation combined with mass spectrometry.

吸着体または他の物体(body)の特定の平断面における特定の材料(例えば、硫黄、金属触媒など)の分散を特徴付ける方法論を以下に記載する。この方法論は「分布特性法(Distribujtion Characterization Method)」と称される。 Described below is a methodology that characterizes the dispersion of specific materials (eg, sulfur, metal catalysts, etc.) in specific cross-sections of adsorbents or other bodies. This methodology is called “Distribution Characterization Method”.

総断面が500μm×500μmより大きい場合には、少なくとも500μm×500μmの大きさの断面積の標的試験領域が選択される。500μm×500μm以下の場合は、全断面が単一の標的試験領域となるであろう。標的試験領域の総数はp(正の整数)である。   If the total cross-section is greater than 500 μm × 500 μm, a target test area with a cross-sectional area of at least 500 μm × 500 μm is selected. For 500 μm × 500 μm or less, the entire cross-section will be a single target test area. The total number of target test areas is p (a positive integer).

各標的試験領域は、グリッドによって複数の別々の20μm×20μmの区域に分割される。少なくとも40μm2の有効面積(下記)を有する区域のみが考慮され、以下に処理するデータにおいて40μm2未満の有効面積を有するものは廃棄される。したがって、標的試験領域の試料区域の二乗の全ての合計有効面積(ATE)は:

Figure 2010527288
であり、
ここでae(i)は区域iの有効面積であり、nは標的試験領域における試料区域の二乗の総数であり、ここでae(i)≧40μm2である。μm2における個々の二乗領域の面積ae(i)は次のように計算される:
Figure 2010527288
ここでav(i)は、二乗領域i内の空間、孔隙または10μm2より大きい空き領域のμm2における総面積である。 Each target test area is divided into a plurality of separate 20 μm × 20 μm areas by a grid. Only areas with an effective area of at least 40 μm 2 (below) are considered, and those having an effective area of less than 40 μm 2 in the data processed below are discarded. Thus, the total effective area (ATE) of the square of the sample area of the target test area is:
Figure 2010527288
And
Where ae (i) is the effective area of area i and n is the total square of the sample area in the target test area, where ae (i) ≧ 40 μm 2 . The area ae (i) of the individual square area in μm 2 is calculated as follows:
Figure 2010527288
Here av (i) the space in the square area i, a total area of the [mu] m 2 of pores or 10 [mu] m 2 greater than free space.

各二乗領域iは、硫黄の単位有効面積あたりの硫黄原子のモル、または金属触媒の場合における他の関連材料のモルについて表される、平均濃度C(i)を有することが測定されている。次に、すべてのC(i)(i=1〜n)は順列CON(1)、CON(2)、CON(3)、・・・CON(n)を形成するために降順で記載され、ここでCON(1)は、すべてのn領域の中の最大のC(i)であり、CON(n)はすべてのn領域の中の最小のC(i)である。最高濃度を有する標的試験領域におけるすべてのn領域の5%の相加平均濃度は、CON(max)である。したがって:

Figure 2010527288
ここでINT(0.05×n)は、0.05×n以上の最小の整数である。本明細書では、演算子「INT(X)」はX以上の最小の整数をもたらす。 Each squared region i has been measured to have an average concentration C (i), expressed in moles of sulfur atoms per unit effective area of sulfur, or moles of other related materials in the case of metal catalysts. Next, all C (i) (i = 1-n) are listed in descending order to form permutations CON (1), CON (2), CON (3),... CON (n), Here, CON (1) is the largest C (i) in all n regions, and CON (n) is the smallest C (i) in all n regions. The 5% arithmetic average concentration of all n regions in the target test region with the highest concentration is CON (max). Therefore:
Figure 2010527288
Here, INT (0.05 × n) is a minimum integer of 0.05 × n or more. As used herein, the operator “INT (X)” results in the smallest integer greater than or equal to X.

最低濃度を有する標的試験領域におけるすべてのn領域の5%の相加平均濃度は、CON(min)である。したがって:

Figure 2010527288
標的試験領域の相加平均濃度はCON(av)である。したがって:
Figure 2010527288
すべてのp標的試験領域では、すべてのCON(av)(k)(k=1〜p)は、順列CONAV(1)、CONAV(2)、CONAV(3)、…CONAV(p)を形成するために降順で記載され、ここで、CONAV(1)は、すべてのp標的試験領域の中で最大のCON(av)(k)であり、CONAV(p)はすべてのp標的試験領域の中で最低のCON(av)(p)である。すべてのp標的試験領域の相加平均濃度は、CONAV(av)である。したがって:
Figure 2010527288
物体(body)、または活性炭マトリクス、または材料全体に分散される本発明に従った物体(bodies)または材料の特定の実施の形態では、各標的試験領域におけるそれらの分散が下記の特性を有することが望ましい:CON(av)/CON(min)≦30、およびCON(max)/CON(av)≦30。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦20、およびCON(max)/CON(av)≦20であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦15、およびCON(max)/CON(av)≦15であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦10、およびCON(max)/CON(av)≦10であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦5、およびCON(max)/CON(av)≦5であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦3、およびCON(max)/CON(av)≦3であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦2、およびCON(max)/CON(av)≦2であることが望ましい。 The 5% arithmetic average concentration of all n regions in the target test region with the lowest concentration is CON (min). Therefore:
Figure 2010527288
The arithmetic mean concentration of the target test area is CON (av). Therefore:
Figure 2010527288
In all p target test areas, all CON (av) (k) (k = 1-p) form the permutations CONAV (1), CONAV (2), CONAV (3),... CONAV (p) Are described in descending order, where CONAV (1) is the largest CON (av) (k) of all p-target test areas and CONAV (p) is And the lowest CON (av) (p). The arithmetic mean concentration of all p-target test areas is CONAV (av). Therefore:
Figure 2010527288
In a particular embodiment of the body, or activated carbon matrix, or body or material according to the invention dispersed throughout the material, their dispersion in each target test area has the following properties: Are preferred: CON (av) / CON (min) ≦ 30 and CON (max) / CON (av) ≦ 30. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 20 and CON (max) / CON (av) ≦ 20. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 15 and CON (max) / CON (av) ≦ 15. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 10 and CON (max) / CON (av) ≦ 10. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 5 and CON (max) / CON (av) ≦ 5. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 3 and CON (max) / CON (av) ≦ 3. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 2 and CON (max) / CON (av) ≦ 2.

本発明の用途に従った物体または材料における「均質な分散」を有するための「均質に分散」されるべき特定の材料または成分では、分布特性法に従ったそれらの分散は次を満たす:各標的試験領域において、0.1n≦m≦0.9nである、すべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2である。   For certain materials or components to be “homogeneously dispersed” to have “homogeneous dispersion” in an object or material according to the application of the present invention, their dispersion according to the distribution characteristics method satisfies: For all CON (m), 0.1 n ≦ m ≦ 0.9 n in the target test area: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2.

特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.05n≦m≦0.95nである、すべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。本発明の特定の実施の形態(吸着体、押出成形混合体など)および本発明の材料では、それぞれ別個の標的試験領域に関して本段落における上記特性のいずれか1つに加えて、すべてのp標的試験領域に関する関連材料(例えば、硫黄、金属触媒など)の分散は、次の特性を有している:0.1p≦k≦0.9pである、すべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.5p≦k≦0.95pであるすべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。 In certain embodiments, it is desirable that 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In a particular embodiment, for all CON (m), where 0.05n ≦ m ≦ 0.95n: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2; Then, 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In certain embodiments of the invention ( adsorbents , extrusion blends, etc.) and materials of the invention, in addition to any one of the above properties in this paragraph for each distinct target test area, all p targets The dispersion of relevant materials (eg, sulfur, metal catalyst, etc.) for the test area has the following properties: for all CONAV (k), where 0.1p ≦ k ≦ 0.9p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; in certain embodiments, 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05. In a particular embodiment, for all CONAV (k) where 0.5p ≦ k ≦ 0.95p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05.

本発明の1つの態様は、
活性炭マトリクスと、
硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある硫黄と、
金属元素として、または金属を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある金属触媒と、
を含み、
前記金属触媒が活性炭マトリクス全体に分散されている、
吸着体である。
One aspect of the present invention is:
An activated carbon matrix;
Sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a compound or moiety containing sulfur; and
A metal catalyst in any oxidation state as a metal element or in a compound or moiety containing a metal;
Including
The metal catalyst is dispersed throughout the activated carbon matrix;
It is an adsorbent .

本発明の吸着体の本実施形態および任意の他の実施の形態では、硫黄は、活性炭マトリクス全体に分散されて差し支えない。一部の実施の形態では、金属触媒および/または硫黄は、活性炭マトリクス全体に、実質的に均質に分散される。一部の実施の形態では、少なくとも一部の金属触媒が少なくとも一部の硫黄と化学結合している。したがって、金属硫化物など、金属触媒および硫黄を含む1種類の化合物は、吸着体における硫黄および金属触媒の両方を提供しうる。「少なくとも一部」の硫黄または金属触媒という語句は、吸着体における、硫黄または金属触媒の一部またはすべての含量のことをいう。一部のさらなる実施の形態では、少なくとも一部の硫黄は、前記活性炭マトリクスの少なくとも一部の炭素に化学的に結合する。 In this embodiment and any other embodiment of the sorbent body of the present invention, sulfur can be dispersed throughout the activated carbon matrix. In some embodiments, the metal catalyst and / or sulfur is substantially homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix. In some embodiments, at least some of the metal catalyst is chemically bonded to at least some of the sulfur. Thus, a single compound comprising a metal catalyst and sulfur, such as a metal sulfide, can provide both sulfur and metal catalyst in the adsorbent . The phrase “at least a portion” of sulfur or metal catalyst refers to the content of some or all of the sulfur or metal catalyst in the adsorbent . In some further embodiments, at least some sulfur is chemically bonded to at least some carbon of the activated carbon matrix.

本発明の吸着体の本実施形態および他の実施の形態では、硫黄、金属触媒、または硫黄と金属触媒の両方の少なくとも一部は、カドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素、またはセレンと化学的に結合する能力を有する状態にある。例えば、硫黄の少なくとも一部は、水銀と化学的に結合する能力を有する状態にありうる。 In this and other embodiments of the sorbent body of the present invention, at least a portion of sulfur, metal catalyst, or both sulfur and metal catalyst is cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt , Vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic, or selenium. For example, at least a portion of the sulfur can be in a state that has the ability to chemically bond with mercury.

本明細書に記載される、本実施形態および他の実施の形態の吸着体は、例えば、石炭ガス化の工程の間に生成する石炭燃焼または廃棄物の焼却または合成ガスから生じる燃焼排ガス流れなどの流体流れから水銀および他の有毒物質を除去するために適合させて差し支えない。このような気体流れは、さまざまな量の水銀および/または、カドミウム、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素およびセレンなどの他の有毒物質を含みうる。水銀などの他の有毒物質は、原料物質(例えば、瀝青炭、亜瀝青炭、都市ゴミ、および医療廃棄物)および作業条件に応じ、このような気体流れに、さまざまな割合で、元素状態または酸化状態で存在しうる。一部の実施の形態では、吸着体は、処理すべき流体流れに由来する、ヒ素、カドミウム、水銀および/またはセレンの除去を促進するために適合させた金属触媒を含む。 The adsorbents of this and other embodiments described herein include, for example, coal combustion or waste incineration produced during the coal gasification process, or flue gas streams resulting from synthesis gas, etc. Can be adapted to remove mercury and other toxic substances from the fluid stream. Such gas streams can include various amounts of mercury and / or cadmium, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic and selenium. Of toxic substances. Other toxic substances, such as mercury, can be contained in such gas streams in various proportions in elemental or oxidized states, depending on the raw material (eg bituminous coal, subbituminous coal, municipal waste, and medical waste) and working conditions. Can exist. In some embodiments, the sorbent body includes a metal catalyst adapted to facilitate the removal of arsenic, cadmium, mercury and / or selenium from the fluid stream to be treated.

物理的および化学的吸着の組合せによって、本発明の吸着体は、元素状態および酸化状態の両方における水銀および他の有毒物質を結合および捕捉する能力を有すると考えられる。本発明の特定の実施の形態の吸着体および材料は、燃焼排ガス流れにおける元素状態の水銀の除去に特に有効である。これは、水銀元素の除去において通常は効果の劣る特定の他の技術と比較して、特に有利である。 Through a combination of physical and chemical adsorption, the sorbent body of the present invention is believed to have the ability to bind and trap mercury and other toxic substances in both the elemental and oxidation states. The adsorbents and materials of certain embodiments of the present invention are particularly effective in removing elemental mercury in flue gas streams. This is particularly advantageous compared to certain other techniques that are usually less effective at removing elemental mercury.

本発明の吸着体は、さまざまな形状を取りうる。例えば、吸着体は、粉末、ペレット、および/または押出成形されたモノリスであって差し支えない。本発明の吸着体は、処理すべき流体流れが流れるであろう固定吸着床に取り込まれて差し支えない。特定の実施の形態では、特に、発電所における石炭の燃焼排ガス、または石炭ガス化の工程において生じる合成ガスを処理するのに使用する場合、気体流れが通過する任意の固定床は、低い圧力損失を有していることが非常に望ましい。このためには、固定床に充填された吸着ペレットが、十分な気体の流路を可能にすることが望ましい。 The adsorbent of the present invention can take various shapes. For example, the adsorbent can be a powder, pellets, and / or an extruded monolith. The adsorbent of the present invention can be incorporated into a fixed adsorbent bed through which the fluid stream to be treated will flow. In certain embodiments, particularly when used to treat coal flue gas at power plants, or synthesis gas produced in the process of coal gasification, any fixed bed through which the gas stream passes has a low pressure drop. It is highly desirable to have For this purpose, it is desirable that the adsorption pellets filled in the fixed bed allow a sufficient gas flow path.

特定の実施の形態によれば、吸着体はモノリスの形態である。特定の実施の形態によれば、吸着体は、気体または液体が通過しうる、複数のチャンネルを有するモノリス型ハニカムの形態である。 According to a particular embodiment, the adsorbent is in the form of a monolith. According to a particular embodiment, the adsorbent is in the form of a monolithic honeycomb having a plurality of channels through which gas or liquid can pass.

特定の実施の形態では、複数のチャンネルを有する押出成形されたモノリス型ハニカムの形態であることが特に有利である。使用する際にさまざまな度合いの圧力損失を達成するため、ハニカムのセル密度は、押出成形の過程において調整することができる。ハニカムのセル密度は、特定の実施の形態では25〜500セル・インチ-2(3.88〜77.5セル・cm-2)の範囲であって差し支えなく、特定の他の実施の形態では50〜200セル・インチ-2(7.75〜31.0セル・cm-2)、さらに特定の他の実施の形態では50〜100セル・インチ-2(7.75〜15.5セル・cm-2)でありうる。特定の実施の形態では、セル壁の厚さは2.54×10-3cm〜1.27×10-1cm(1ミル〜50ミル)の範囲であり、例えば、2.54×10-2cm〜7.62×10-2cm(10ミル〜30ミル)である。気体流れおよび吸着体材料の間のさらに密接な接触を可能にするため、特定の実施の形態では、一部のチャンネルは吸着体の一方の端で塞がれ、一部のチャンネルは吸着体の他の末端で塞がれていることが望ましい。特定の実施の形態では、吸着体の各末端では、塞がれたチャンネルおよび/または塞がれていないチャンネルが、市松模様を形成することが望ましい。特定の実施の形態では、1つのチャンネルが、一方の端では塞がれているが(「参照末端」と称される)、吸着体の反対の末端では塞がれていない場合、すぐに隣接している(懸案のチャンネルを有する少なくとも1つの壁を共有している)、少なくとも大部分のチャンネル(特定の他の実施の形態のすべてであることが好ましい)が、吸着体の他の末端で塞がれているが参照末端では塞がれていないことが望ましい。多数のハニカムは、異なる使用条件の要求に応えるため、さまざまな寸法、使用期間などを有する実際の吸着床を形成することを目的として、さまざまな方法で積層されうる。 In certain embodiments, it is particularly advantageous to be in the form of an extruded monolith honeycomb having a plurality of channels. In order to achieve varying degrees of pressure loss in use, the cell density of the honeycomb can be adjusted during the extrusion process. The cell density of the honeycomb can be in the range of 25 to 500 cell-inch- 2 (3.88 to 77.5 cell · cm −2 ) in certain embodiments, and in certain other embodiments. 50-200 cell-inch- 2 (7.75-31.0 cell-cm -2 ), and in still other specific embodiments, 50-100 cell-inch- 2 (7.75-15.5 cell- cm −2 ). In certain embodiments, the cell wall thickness ranges from 2.54 × 10 −3 cm to 1.27 × 10 −1 cm (1 mil to 50 mils), for example, 2.54 × 10 − 2 cm to 7.62 × 10 −2 cm (10 mil to 30 mil). To allow more intimate contact between the gas stream and the adsorption material, in certain embodiments, a portion of the channel is blocked at one end of the adsorbent, a part of the channels of the adsorbent It is desirable to be plugged at the other end. In certain embodiments, at each end of the adsorbent , it is desirable that the blocked and / or unblocked channels form a checkerboard pattern. In certain embodiments, a channel is immediately adjacent if it is blocked at one end (referred to as the “reference end”) but not at the opposite end of the adsorbent. At least the majority of the channels (preferably all of the other specific embodiments) are at the other end of the adsorbent (sharing at least one wall with the channel of concern) It is desirable that it is plugged but not plugged at the reference end. A large number of honeycombs can be laminated in various ways with the aim of forming actual adsorption beds with different dimensions, durations of use, etc. to meet the demands of different usage conditions.

本明細書では「活性炭マトリクス」とは、相互接続した炭素原子および/または粒子によって形成される網状組織を意味する。一部の実施の形態では、本発明の吸着体における活性炭マトリクスは、中断されていない、および連続した物体の形態をしている。典型的な活性炭材料にみられるように、マトリクスは、複数の孔隙を画成する壁構造を含む。活性炭マトリクスは、硫黄および金属触媒と共に、吸着体の骨格構造をもたらしうる。さらには、活性炭マトリクスにおける孔隙の大きい累積面積は、水銀吸着が直接生じうる、または硫黄および金属触媒が分散されうる、複数の場所を提供し、これがさらに水銀の吸着を促進する。活性炭マトリクスによって画成される孔隙は、吸着体に実際に存在する孔隙とは異なっていて差し支えないことに留意すべきである。例えば、活性炭マトリクスによって画成される一部の孔隙は、金属触媒、硫黄、無機充填剤、ならびにそれらの組合せおよび混合物によって充填されうる。 As used herein, “activated carbon matrix” means a network formed by interconnected carbon atoms and / or particles. In some embodiments, the activated carbon matrix in the sorbent body of the present invention is in the form of an uninterrupted and continuous object. As seen in typical activated carbon materials, the matrix includes a wall structure that defines a plurality of pores. The activated carbon matrix, along with sulfur and metal catalysts, can provide an adsorbent skeletal structure. Furthermore, the large cumulative area of pores in the activated carbon matrix provides multiple locations where mercury adsorption can occur directly or where sulfur and metal catalysts can be dispersed, which further promotes mercury adsorption. It should be noted that the pores defined by the activated carbon matrix can be different from those actually present in the adsorbent . For example, some pores defined by the activated carbon matrix can be filled with metal catalysts, sulfur, inorganic fillers, and combinations and mixtures thereof.

特定の実施の形態では、吸着体は、50%〜97重量%の活性炭を含み、特定の実施の形態では、60%〜97%、または85%〜97%の活性炭を含む。他の実施の形態では、吸着体は、少なくとも50重量%の活性炭を含み、例えば、少なくとも60重量%、少なくとも70重量%、少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、少なくとも95重量%、または少なくとも97重量%の活性炭を含む。より高濃度の活性炭は、通常、本明細書に記載される方法に従って作製する際に、吸着体を作製する工程の間に同一のレベルの炭化および活性化が使用される場合には、より高い孔隙率をもたらしうる。 In certain embodiments, the sorbent body includes 50% to 97% by weight activated carbon, and in certain embodiments, 60% to 97%, or 85% to 97% activated carbon. In other embodiments, the sorbent body comprises at least 50 wt% activated carbon, such as at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, at least 90 wt%, at least 95 wt%, or at least 97 wt%. Contains weight percent activated carbon. Higher concentrations of activated carbon are typically higher when made according to the methods described herein if the same level of carbonization and activation is used during the process of making the adsorbent. It can lead to porosity.

活性炭マトリクスによって画成される孔隙は、2つのカテゴリー:10nm以下の直径を有するナノスケールの孔隙、および、10nmよりも大きい直径を有するマイクロスケールの孔隙、に分類することができる。特定の実施の形態に従って、活性炭マトリクスは、複数のナノスケールの孔隙を画成する。金属触媒または硫黄は、例えば、ナノスケールの孔隙の少なくとも一部の壁面に存在しうる。特定の実施の形態によれば、活性炭マトリクスはさらに、複数のマイクロスケールの孔隙を画成する。   The pores defined by the activated carbon matrix can be divided into two categories: nanoscale pores having a diameter of 10 nm or less, and microscale pores having a diameter greater than 10 nm. According to certain embodiments, the activated carbon matrix defines a plurality of nanoscale pores. The metal catalyst or sulfur can be present, for example, on at least some of the wall surfaces of the nanoscale pores. According to certain embodiments, the activated carbon matrix further defines a plurality of microscale pores.

吸着体における孔隙径およびその分散は、例えば窒素吸着などの当技術分野で利用可能な技術を使用することにより測定することができる。ナノスケールの孔隙およびマイクロスケールの孔隙の表面の両方は、本発明の吸着体の全体的に高い比表面積を提供する。特定の実施の形態では、ナノスケールの孔隙の壁表面は、吸着体の少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%の比表面積を構成する。 Pore size and its dispersion in the adsorbent can be determined by using available techniques available in the art, such as for example, nitrogen adsorption. Both nanoscale and microscale pore surfaces provide the overall high specific surface area of the sorbent body of the present invention. In certain embodiments, the nanoscale pore wall surface comprises a specific surface area of at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, or at least 90% of the sorbent body.

本発明の吸着体は、大きい比表面積を有しうる。本発明の特定の実施の形態では、吸着体は、50〜2000m2・g-1、200〜2000m2・g-1、400〜1500m2・g-1、100〜1800m2・g-1、200〜1500m2・g-1、または300〜1200m2・g-1の範囲の比表面積を有する。吸着体のより高い比表面積は、有毒物質の吸着用の材料に、さらに活性な部位を提供しうる。しかしながら、吸着体の比表面積が非常に高い、例えば2000m2・g-1よりも高い場合には、吸着体は極めて多孔性になり、吸着体の機械的完全性が損なわれうる。これは、吸着体の強度が特定の閾値要件を必要とするような特定の用途には、望ましくないであろう。 The adsorbent of the present invention can have a large specific surface area. In certain embodiments of the present invention, the sorbent body, 50~2000m 2 · g -1, 200~2000m 2 · g -1, 400~1500m 2 · g -1, 100~1800m 2 · g -1, 200~1500m 2 · g -1, or having a specific surface area in the range of 300~1200m 2 · g -1. The higher specific surface area of the adsorbent can provide more active sites in the material for adsorbing toxic substances. However, if the specific surface area of the adsorbent is very high, for example higher than 2000 m 2 · g −1 , the adsorbent becomes very porous and the mechanical integrity of the adsorbent can be compromised. This may not be desirable for certain applications where the strength of the adsorbent requires specific threshold requirements.

本発明の実施の形態に含まれる金属触媒は、吸着体と接触する流体から、カドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素、またはセレンなどの有毒物質の1種類以上の除去を促進しうるが、ここで前記有毒物質のいずれかは、任意の酸化状態であって差し支えなく、かつ、元素の形態または前記元素を含む化合物であって差し支えない。接触の際に処理されるべき流体流れなどの流体に由来する、水銀、ヒ素、カドミウム、またはセレンを含む、有毒物質または化合物の除去を促進する能力(本明細書では有毒物質または化合物の「低減」ともいう)を有する任意のこのような金属触媒を、本発明の吸着体に含めることができる。これに関して「除去」および「低減」という用語は、本明細書では同義的に用いられる。さらには、それらの用語は、流体における程度の問題によって、すなわち特定の割合によって、有毒物質の存在を低減することにも及ぶものと解され、有毒物質の完全な除去または低減に限定するものではない。一部の実施の形態では、金属触媒は、吸着体と接触する流体からの有毒物質の除去(または低減)を促進するため、1種類以上の以下の方法で機能しうる:(i)有毒物質の一時的または恒久的な化学吸着(例えば、共有結合および/またはイオン結合を介する);(ii)有毒物質の一時的または恒久的な物理的吸着;(iii)有毒物質の、吸着体の他の成分との反応/吸着の触媒;(iv)周囲雰囲気で有毒物質の反応を触媒することによる、有毒物質をあるものから別のものへの転換;(v)すでに吸着体の他の成分によって吸着された有毒物質の捕捉;および(vi)有毒物質の活性吸着部位への移動の促進。 The metal catalyst included in the embodiment of the present invention includes cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium from a fluid in contact with the adsorbent. The removal of one or more toxic substances such as arsenic, selenium, or selenium, where any of the toxic substances can be in any oxidation state, and the elemental form or the element It can be a compound containing. Ability to facilitate removal of toxic substances or compounds, including mercury, arsenic, cadmium, or selenium, derived from a fluid, such as a fluid stream to be treated upon contact (herein referred to as “reduction of toxic substances or compounds” Any such metal catalyst having the term "" can be included in the adsorbent of the present invention. In this regard, the terms “removal” and “reduction” are used interchangeably herein. Furthermore, these terms are also understood to extend to reducing the presence of toxic substances by a matter of degree in the fluid, i.e. by a certain proportion, and are not limited to complete removal or reduction of toxic substances. Absent. In some embodiments, the metal catalyst may function in one or more of the following ways to facilitate removal (or reduction) of toxic substances from the fluid in contact with the adsorbent : (i) toxic substances Temporary or permanent chemisorption of (e.g., via covalent and / or ionic bonding); (ii) temporary or permanent physical adsorption of toxic substances; (iii) other toxic substances other than adsorbents ; (Iv) conversion of toxic substances from one to another by catalyzing the reaction of toxic substances in the ambient atmosphere; (v) already by other components of the adsorbent Capture of adsorbed toxic substances; and (vi) facilitating migration of toxic substances to active adsorption sites.

本発明の吸着体の特定の実施の形態よれば、金属触媒は、下記から選択される形態で提供されうる:(i)アルカリおよびアルカリ土類金属のハロゲン化物および酸化物;(ii)貴金属およびそれらの化合物;(iii)酸化物、硫化物、およびバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、銀、タングステンおよびランタノイドの塩;および(iv)(i)、(ii)および(iii)のうち、2つ以上の組合せおよび混合物。 According to particular embodiments of the sorbent body of the present invention, the metal catalyst may be provided in a form selected from: (i) alkali and alkaline earth metal halides and oxides; (ii) noble metals and (Iii) oxides, sulfides, and salts of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, silver, tungsten, and lanthanoids; and (iv) (i), Combinations and mixtures of two or more of (ii) and (iii).

例えば、金属触媒は、下記から選択される形態で提供されうる:(i)酸化物、硫化物およびマンガンの塩;(ii)酸化物、硫化物および鉄の塩;(iii)(i)およびKIの組合せ;(iv)(ii)およびKIの組合せ;および(v)(i)、(ii)、(iii)および(iv)のうち任意の2つ以上の混合物および組合せ。本発明の特定の実施の形態では、吸着体は、Ca(OH)2など、有毒物質の除去を促進するための金属として、アルカリ土類金属の水酸化物を含む。 For example, the metal catalyst may be provided in a form selected from: (i) oxides, sulfides and manganese salts; (ii) oxides, sulfides and iron salts; (iii) (i) and A combination of KI; (iv) a combination of (ii) and KI; and (v) a mixture and combination of any two or more of (i), (ii), (iii) and (iv). In a particular embodiment of the invention, the adsorbent comprises an alkaline earth metal hydroxide as a metal to facilitate the removal of toxic substances such as Ca (OH) 2 .

貴金属(Ru、Th、Pd、Ag、Re、Os、Ir、PtおよびAu)および遷移金属およびそれらの化合物は、典型的な金属触媒である。さらなる非限定的な金属触媒としては、アルカリおよびアルカリ土類のハロゲン化物、水酸化物または酸化物;ならびに、酸化物、硫化物、および、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、銀、タングステン、およびランタノイドの塩を含む。金属触媒は、任意の価数で存在することができる。例えば、鉄が存在する場合には、+3、+2または0の価数で、または異なる価数の混合物として存在して差し支えなく、金属鉄(0)、FeO、Fe23、Fe38、FeS、FeCl2、FeCl3、FeSO4などとして存在することができる。別の例では、マンガンが存在する場合には、+4、+2または0の価数で、または異なる価数の混合物として存在して差し支えなく、金属マンガン(0)、MnO、MnO2、MnS、MnCl2、MnCl4、MnSO4、などとして存在することができる。一部の実施の形態では、金属触媒は酸化物の形態ではない。他の実施の形態では、吸着体は、酸化物の形態ではない、少なくとも1つの金属触媒を含む。 Noble metals (Ru, Th, Pd, Ag, Re, Os, Ir, Pt and Au) and transition metals and their compounds are typical metal catalysts. Further non-limiting metal catalysts include alkali and alkaline earth halides, hydroxides or oxides; and oxides, sulfides, and vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Includes zinc, niobium, molybdenum, silver, tungsten, and lanthanoid salts. The metal catalyst can be present in any valence. For example, if iron is present, it may be present at a valence of +3, +2 or 0, or as a mixture of different valences, and may be metallic iron (0), FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 8 , FeS, FeCl 2 , FeCl 3 , FeSO 4 and the like. In another example, if manganese is present, it can be present at a valence of +4, +2 or 0, or as a mixture of different valences, and can be metallic manganese (0), MnO, MnO 2 , MnS, MnCl 2 , MnCl 4 , MnSO 4 , and the like. In some embodiments, the metal catalyst is not in the form of an oxide. In other embodiments, the adsorbent comprises at least one metal catalyst that is not in the form of an oxide.

本発明の吸着体の特定の実施の形態では、金属触媒は次から選択される形態をしている:ハロゲン化アルカリ;ならびにマンガンおよび鉄の酸化物、硫化物、および塩。本発明の吸着体の特定の実施の形態では、金属触媒は次から選択される形態をしている:KIならびにマンガンの酸化物、硫化物、および塩の組合せ;KIならびに鉄の酸化物、硫化物、および塩の組合せ;またはKIならびにマンガンおよび鉄の酸化物、硫化物、および塩の組合せ。これらの組合せは、水銀、特に気体流れからの水銀元素の除去に、特に有効であることがわかっている。 In certain embodiments of the sorbent body of the present invention, the metal catalyst is in a form selected from: alkali halides; and manganese and iron oxides, sulfides, and salts. In a particular embodiment of the sorbent body of the present invention, the metal catalyst is in a form selected from: KI and manganese oxides, sulfides, and salt combinations; KI and iron oxides, sulfides Or combinations of KI and manganese and iron oxides, sulfides, and salts. These combinations have been found to be particularly effective in removing mercury, particularly elemental mercury from gas streams.

本発明の特定の実施の形態によれば、吸着体は、Ca(OH)2など、有毒物質の除去を促進するための金属として、アルカリ土類金属の水酸化物を含む。実験は、Ca(OH)2が、気体流れからのヒ素、カドミウム、およびセレンの除去に、特に有効であることを示している。 According to a particular embodiment of the invention, the adsorbent comprises an alkaline earth metal hydroxide as a metal for promoting the removal of toxic substances such as Ca (OH) 2 . Experiments have shown that Ca (OH) 2 is particularly effective in removing arsenic, cadmium, and selenium from gas streams.

本発明の一部の実施の形態では、金属触媒はリチウム、ナトリウムまたはカリウムなどのアルカリ金属である。他の実施の形態では、金属触媒は、マグネシウム、カルシウムまたはバリウムなどのアルカリ土類金属である。他の実施の形態では、金属触媒は、パラジウム、白金、銀、金、マンガン、または鉄などの遷移金属である。他の実施の形態では、金属触媒はセリウムなどの希土類金属である。一部の実施の形態では、金属触媒は元素形態で存在する。他の実施の形態では、金属触媒は金属硫化物である。他の実施の形態では、金属触媒は遷移金属の硫化物または酸化物である。さらに別の実施の形態では、吸着体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属以外の触媒を、少なくとも1種類含む。他の実施の形態では吸着体は、ナトリウム以外、カリウム以外、マグネシウム以外、カルシウム以外、アルミニウム以外、チタニウム以外、ジルコニウム以外、クロム以外、マグネシウム以外、鉄以外および/または亜鉛以外の触媒を、少なくとも1種類含む。他の実施の形態では、吸着体は、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、または亜鉛以外の金属触媒を、元素の形態で、または硫酸塩として、少なくとも1種類含む。 In some embodiments of the invention, the metal catalyst is an alkali metal such as lithium, sodium or potassium. In other embodiments, the metal catalyst is an alkaline earth metal such as magnesium, calcium or barium. In other embodiments, the metal catalyst is a transition metal such as palladium, platinum, silver, gold, manganese, or iron. In other embodiments, the metal catalyst is a rare earth metal such as cerium. In some embodiments, the metal catalyst is present in elemental form. In other embodiments, the metal catalyst is a metal sulfide. In other embodiments, the metal catalyst is a transition metal sulfide or oxide. In yet another embodiment, the adsorbent comprises at least one catalyst other than an alkali metal, alkaline earth metal, or transition metal. In other embodiments, the adsorbent comprises at least one catalyst other than sodium, other than potassium, other than magnesium, other than calcium, other than aluminum, other than titanium, other than zirconium, other than chromium, other than magnesium, other than iron, and / or zinc. Includes types. In other embodiments, the adsorbent comprises at least one metal catalyst other than aluminum, vanadium, iron, cobalt, nickel, copper, or zinc, in elemental form or as a sulfate.

吸着体に存在する金属触媒の量は、用いられる特定の金属触媒、および吸着体を使用する用途、および、吸着体の、所望する有毒物質の除去能力および効率に応じて選択することができる。本発明の吸着体の特定の実施の形態では、金属触媒の量は1重量%〜20重量%の範囲であり、特定の他の実施の形態では2%〜18%、特定の他の実施の形態では5%〜15%、特定の他の実施の形態では5%〜10%の範囲である。さらなる実施の形態では、吸着体は1重量%〜25重量%の金属触媒(特定の実施の形態では1%〜20%、1%〜15%、3%〜10%、または3〜5%)を含む。 The amount of the metal catalyst present in adsorber specific metal catalyst used, and applications that use adsorber and the adsorbent can be selected depending on the removal ability and efficiency of toxic substances desired. In certain embodiments of the sorbent body of the present invention, the amount of metal catalyst ranges from 1% to 20% by weight, in certain other embodiments from 2% to 18%, in certain other implementations. The form ranges from 5% to 15% and in certain other embodiments from 5% to 10%. In further embodiments, the adsorbent is 1 wt% to 25 wt% metal catalyst (1% -20%, 1% -15%, 3% -10%, or 3-5% in certain embodiments). including.

活性炭マトリクスに金属触媒が分散されることを掲げる特定の実施の形態において、吸着体に1種類の金属触媒しか存在しない場合、その金属触媒は活性炭マトリクス全体に分散されている。複数の金属触媒が存在する場合、これらの実施の形態では、それら触媒の少なくとも1種類が活性炭マトリクス全体に分散される。「活性炭マトリクス全体に分散」とは、関連する具体的な材料(金属触媒、硫黄など)が吸着体またはセル壁の外表面上にのみ存在するのではなく、吸着体の内部深くにも存在することを意味する。従って特定の金属触媒の存在は、例えば:(i)活性炭マトリクスによって画成されるナノスケールの孔隙の壁表面;(ii)活性炭マトリクスによって画成されるマイクロスケールの孔隙の壁表面;(iii)活性炭マトリクスの壁構造中に埋没;(iv)活性炭マトリクスの壁構造に部分的に埋め込まれている;(v)活性炭マトリクスによって画成される一部の孔隙を部分的に充填、および/または遮断;および(vi)活性炭マトリクスによって画成される一部の孔隙を完全に充填、および/または遮断、でありうる。(iii)、(iv)、(v)および(vi)の状態では、活性炭マトリクス中に分散する金属触媒および/または他の成分は、吸着体の孔隙の壁構造の一部を実際に形成する。特定の実施の形態では、複数の金属触媒が存在し、それらのすべてが活性炭マトリクス全体に分散される。しかしながら、すべての金属触媒が活性炭マトリクス全体に分散されることは必要としない。したがって、特定の実施の形態では、複数の金属触媒は、それらの少なくとも1種類が活性炭マトリクス全体に分散され、また、それらの少なくとも1種類が、主として、吸着体の外表面領域および/またはセル壁表面上、および/または外表面領域および/またはセル壁表面の真下の薄層内に、実質的に分散された状態で存在する。特定の実施の形態では、金属触媒の少なくとも一部は、炭素または硫黄などの吸着体の他の成分と化学的に結合しうる。特定の他の実施の形態では、金属触媒の少なくとも一部は、活性炭マトリクスまたは他の成分と物理的に結合しうる。さらに特定の他の実施の形態では、金属触媒の少なくとも一部は、ナノスケールまたはマイクロスケールの大きさを有する粒子の形態で吸着体中に存在する。 In a specific embodiment that states that a metal catalyst is dispersed in an activated carbon matrix, if there is only one type of metal catalyst in the adsorbent , the metal catalyst is dispersed throughout the activated carbon matrix. When multiple metal catalysts are present, in these embodiments, at least one of the catalysts is dispersed throughout the activated carbon matrix. “Dispersed throughout the activated carbon matrix” means that the specific materials involved (metal catalyst, sulfur, etc.) are not only present on the outer surface of the adsorbent or cell wall, but also deep inside the adsorbent. Means that. Thus, the presence of a particular metal catalyst may be, for example: (i) a nanoscale pore wall surface defined by an activated carbon matrix; (ii) a microscale pore wall surface defined by an activated carbon matrix; (iii) Embedded in the wall structure of the activated carbon matrix; (iv) partially embedded in the wall structure of the activated carbon matrix; (v) partially filled and / or blocked with some pores defined by the activated carbon matrix. And (vi) completely filling and / or blocking some pores defined by the activated carbon matrix. In the (iii), (iv), (v) and (vi) states, the metal catalyst and / or other components dispersed in the activated carbon matrix actually forms part of the pore wall structure of the adsorbent. . In certain embodiments, there are a plurality of metal catalysts, all of which are dispersed throughout the activated carbon matrix. However, it is not necessary for all metal catalysts to be dispersed throughout the activated carbon matrix. Thus, in certain embodiments, the plurality of metal catalysts are at least one of which is dispersed throughout the activated carbon matrix, and at least one of them is primarily comprised of the outer surface area and / or cell walls of the adsorbent. It exists in a substantially dispersed state on the surface and / or in the lamina just below the outer surface area and / or cell wall surface. In certain embodiments, at least a portion of the metal catalyst can be chemically combined with other components of the sorbent body, such as carbon or sulfur. In certain other embodiments, at least a portion of the metal catalyst can be physically associated with the activated carbon matrix or other components. In still other specific embodiments, at least a portion of the metal catalyst is present in the adsorbent in the form of particles having a nanoscale or microscale size.

本発明に従った吸着体または他の物体または材料における金属触媒の分散は、上述の分布特性法によって測定し、かつ、特徴付けることができる。本発明の吸着体の特定の実施の形態では、金属触媒の分散は、下記の特性を有する:各標的試験領域において:CON(av)/CON(min)≦30、およびCON(max)/CON(av)≦30である。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦20、およびCON(max)/CON(av)≦20であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦15、およびCON(max)/CON(av)≦15であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦10、およびCON(max)/CON(av)≦10であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦5、およびCON(max)/CON(av)≦5であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦3、およびCON(max)/CON(av)≦3であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦2、およびCON(max)/CON(av)≦2であることが望ましい。 The dispersion of the metal catalyst in the adsorbent or other object or material according to the present invention can be measured and characterized by the distribution characteristic method described above. In a particular embodiment of the sorbent body of the present invention, the dispersion of the metal catalyst has the following characteristics: In each target test area: CON (av) / CON (min) ≦ 30, and CON (max) / CON (Av) ≦ 30. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 20 and CON (max) / CON (av) ≦ 20. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 15 and CON (max) / CON (av) ≦ 15. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 10 and CON (max) / CON (av) ≦ 10. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 5 and CON (max) / CON (av) ≦ 5. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 3 and CON (max) / CON (av) ≦ 3. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 2 and CON (max) / CON (av) ≦ 2.

本発明の吸着体の特定の実施の形態では、少なくとも1種類の金属触媒は、上述の分布特性法に従って、活性炭マトリクス全体に均質に分散される。したがって:各標的試験領域では、0.1n≦m≦0.9nであるすべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2である。 In certain embodiments of the sorbent body of the present invention, at least one metal catalyst is homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix according to the distribution characteristics method described above. Therefore: In each target test area, for all CON (m) where 0.1n ≦ m ≦ 0.9n: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2.

特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.05n≦m≦0.95nであるすべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。本発明の物体(吸着体、押出成形混合体、など)および材料の特定の実施の形態では、それぞれ別個の標的試験領域に関してこの項において先に述べた特性のいずれか1つに加えて、すべてのp標的試験領域についての関連材料(例えば、硫黄、金属触媒など)の分散は、次の特徴を有する:0.1p≦k≦0.9pであるすべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.5p≦k≦0.95pであるすべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。 In certain embodiments, it is desirable that 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In a particular embodiment, for all CON (m) where 0.05n ≦ m ≦ 0.95n: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2; in a particular embodiment 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In certain embodiments of the objects ( adsorbents , extrusion blends, etc.) and materials of the present invention, all in addition to any one of the properties previously described in this section for each distinct target test area The dispersion of relevant materials (eg, sulfur, metal catalysts, etc.) for the p target test region of the following has the following characteristics: For all CONAV (k) where 0.1p ≦ k ≦ 0.9p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; in certain embodiments, 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05. In a particular embodiment, for all CONAV (k) where 0.5p ≦ k ≦ 0.95p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05.

本発明の特定の実施の形態では、金属触媒は、マイクロスケールの孔隙の壁表面の大部分に存在する。本発明の特定の他の実施の形態では、金属触媒は、マイクロスケールの孔隙の壁表面の少なくとも75%、少なくとも90%または少なくとも95%に存在する。   In a particular embodiment of the invention, the metal catalyst is present on the majority of the microscale pore wall surface. In certain other embodiments of the invention, the metal catalyst is present in at least 75%, at least 90% or at least 95% of the wall surface of the microscale pores.

本発明の特定の実施の形態では、金属触媒は、ナノスケールの孔隙の壁表面の少なくとも20%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも75%、または少なくとも85%に存在する。特定の実施の形態では、吸着体の比表面積の大部分が、ナノスケールの孔隙の壁表面によってもたらされる。これらの実施の形態では、ナノスケールの孔隙の壁表面には、高い割合で、金属触媒が分散されることが望ましい。 In certain embodiments of the invention, the metal catalyst is present in at least 20%, at least 40%, at least 50%, at least 75%, or at least 85% of the nanoscale pore wall surface. In certain embodiments, the majority of the specific surface area of the sorbent body is provided by the nanoscale pore wall surface. In these embodiments, it is desirable for the metal catalyst to be dispersed at a high rate on the wall surface of the nanoscale pores.

本発明の吸着体は硫黄を含む。吸着体に存在する硫黄の量は、用いる具体的な金属触媒、吸着体が使用される用途、および、吸着体の、所望の有毒物質の除去能力および効率に応じて選択することができる。 The adsorbent of the present invention contains sulfur. The amount of sulfur present in adsorber specific metal catalyst used, applications where the adsorbent is used, and, of the adsorbent, can be selected according to the removing capacity and efficiency of the desired toxic substances.

一部の実施の形態では、吸着体は、1%〜20重量%の硫黄を含む(特定の実施の形態では、1%〜15%、3%〜8%、2%〜10%、0.1〜5%、または2〜5%)。硫黄は、硫黄元素(価数0)、硫化物(例えば価数−2)、亜硫酸(例えば、価数+4)、硫酸(例えば、価数+6)の形態で存在していて差し支えない。一部の実施の形態では、硫黄は硫酸塩としては存在しないか、あるいは、硫酸塩は吸着体における硫黄の唯一の供給源ではない。少なくとも一部の硫黄は、流体流れから除去されるべき有毒物質、例えば水銀と化学的に結合することができる価数で存在することが望ましい。このためには、少なくとも一部の硫黄が−2および/または0の価数で存在することが望ましい。硫黄の少なくとも一部は、活性炭マトリクスの壁表面に化学的または物理的に結合しうる。硫黄の少なくとも一部は、上述のように、例えば硫化物(FeS、MnS、Mo23、CuSなど)の形態で、金属触媒に化学的または物理的に結合しうる。 In some embodiments, the sorbent body comprises 1% to 20% by weight sulfur (in certain embodiments, 1% to 15%, 3% to 8%, 2% to 10%,. 1-5%, or 2-5%). Sulfur may be present in the form of elemental sulfur (valence 0), sulfide (e.g. valence -2), sulfurous acid (e.g. valence +4), sulfuric acid (e.g. valence +6). In some embodiments, sulfur is not present as sulfate or sulfate is not the only source of sulfur in the adsorbent . Desirably, at least some of the sulfur is present at a valence capable of chemically combining with a toxic substance to be removed from the fluid stream, such as mercury. For this purpose, it is desirable that at least part of the sulfur be present with a valence of -2 and / or 0. At least a portion of the sulfur can be chemically or physically bound to the wall surface of the activated carbon matrix. At least a portion of the sulfur can be chemically or physically bound to the metal catalyst, as described above, for example in the form of sulfides (FeS, MnS, Mo 2 S 3 , CuS, etc.).

一部の実施の形態では、少なくとも一部の硫黄は価数0である。例えば、活性炭マトリクスの孔隙の壁の表面上の硫黄の少なくとも10%はXPSで測定した場合に、実質的に価数0である。他の実施の形態では、硫黄の少なくとも一部は価数が0ではない。一部の実施の形態では、吸着体は一部に価数0の硫黄、および一部に価数が0ではない硫黄を含む。一部の実施の形態では、吸着体は、硫黄元素、ならびに、金属硫化物など、硫黄を含む化合物の形態で存在する硫黄を含む。 In some embodiments, at least some sulfur has a valence of zero. For example, at least 10% of the sulfur on the surface of the pore walls of the activated carbon matrix is substantially zero valence as measured by XPS. In other embodiments, at least some of the sulfur is non-zero. In some embodiments, the sorbent body includes some non-valent sulfur and some non-zero sulfur. In some embodiments, the sorbent body includes elemental sulfur as well as sulfur present in the form of sulfur-containing compounds, such as metal sulfides.

特定の実施の形態では、吸着体における、少なくとも40モル%、少なくとも50モル%、少なくとも60モル%、または少なくとも70モル%の硫黄が価数0であることが望ましい。特定の実施の形態によれば、孔隙の壁の表面の硫黄の少なくとも10%、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%または少なくとも60%は、XPSで測定して、実質的に価数0である。 In certain embodiments, it is desirable that at least 40 mole percent, at least 50 mole percent, at least 60 mole percent, or at least 70 mole percent sulfur in the sorbent body have a valence of zero. According to certain embodiments, at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50% or at least 60% of the sulfur on the surface of the pore walls is substantially as measured by XPS. The valence is 0.

実験は、活性炭、硫黄および金属触媒の吸着体が、水銀に加えて、ヒ素、カドミウム、ならびにセレンの気体流れからの除去に有効でありうることを実証した。実験は、硫黄元素を含む吸着体が、硫黄元素を含まないが硫黄濃度は実質的に同一であるものよりも高い水銀除去能力を有する傾向にあることを実証した。 Experiments have demonstrated that activated carbon, sulfur and metal catalyst adsorbents can be effective in removing arsenic, cadmium, and selenium from gas streams in addition to mercury. Experiments have demonstrated that adsorbents containing elemental sulfur tend to have higher mercury removal capabilities than those that do not contain elemental sulfur but have substantially the same sulfur concentration.

特定の実施の形態では、硫黄は活性炭マトリクス全体に分散される。「活性炭マトリクス全体に分散される」とは、硫黄が吸着体またはセル壁の外表面にのみ存在するのではなく、吸着体の内部深くにも存在することを意味する。したがって、硫黄の存在は、例えば:(i)ナノスケールの孔隙の壁表面;(ii)マイクロスケールの孔隙の壁表面;(iii)活性炭マトリクスの壁構造に埋没;および(iv)活性炭マトリクスの壁構造に部分的に埋め込まれていて差し支えない。(iii)および(iv)の状態では、硫黄は、吸着体の孔隙の壁構造の一部を実際に形成する。したがって、特定の実施の形態では、一部の硫黄は、炭素または金属触媒などの吸着体の他の成分と、化学的に結合(共有結合および/またはイオン結合)しうる。特定の他の実施の形態では、一部の硫黄は、活性炭マトリクスまたは他の成分と物理的に結合しうる。さらに特定の他の実施の形態では、一部の硫黄は、ナノスケールまたはマイクロスケールの大きさを有する粒子の形態で、吸着体中に存在する。 In certain embodiments, sulfur is dispersed throughout the activated carbon matrix. “Dispersed throughout the activated carbon matrix” means that sulfur is not only present on the outer surface of the adsorbent or cell wall, but also deep inside the adsorbent . Thus, the presence of sulfur is, for example: (i) nanoscale pore wall surface; (ii) microscale pore wall surface; (iii) buried in the wall structure of the activated carbon matrix; and (iv) the activated carbon matrix wall. It can be partially embedded in the structure. In the (iii) and (iv) states, sulfur actually forms part of the pore wall structure of the adsorbent . Thus, in certain embodiments, some sulfur may be chemically coupled (covalent and / or ionic) with other components of the adsorbent, such as carbon or metal catalysts. In certain other embodiments, some sulfur may be physically combined with the activated carbon matrix or other components. In still other specific embodiments, some sulfur is present in the adsorbent in the form of particles having a nanoscale or microscale size.

本発明に従った吸着体または他の物体または材料における硫黄の分散は、上述の分布特性法によって測定し、特徴付けることができる。 The dispersion of sulfur in the adsorbent or other object or material according to the present invention can be measured and characterized by the distribution characteristic method described above.

特定の実施の形態では、任意の標的試験領域における硫黄の分散は、次の特性を有する:CON(max)/CON(min)≧100。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(min)≧200である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(min)≧300である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(min)≧400である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(min)≧500である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(min)≧1000である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧50である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧100である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧200である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧300である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧400である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧500である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≧1000である。   In certain embodiments, the dispersion of sulfur in any target test region has the following properties: CON (max) / CON (min) ≧ 100. In certain other embodiments: CON (max) / CON (min) ≧ 200. In certain other embodiments: CON (max) / CON (min) ≧ 300. In certain other embodiments: CON (max) / CON (min) ≧ 400. In certain other embodiments: CON (max) / CON (min) ≧ 500. In certain other embodiments: CON (max) / CON (min) ≧ 1000. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 50. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 100. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 200. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 300. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 400. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 500. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≧ 1000.

特定の実施の形態では、吸着体に分散される硫黄に関して、すべてのp標的試験領域におけるその分散は、次の特性を有する:CONAV(1)/CONAV(n)≧2。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(n)≧5である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(n)≧8である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(n)≧1.5である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧2である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧3である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧4である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧5である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧8である。特定の他の実施の形態では:CONAV(1)/CONAV(av)≧10である。 In certain embodiments, for sulfur dispersed in the sorbent body, its dispersion in all p target test regions has the following properties: CONAV (1) / CONAV (n) ≧ 2. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (n) ≧ 5. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (n) ≧ 8. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (n) ≧ 1.5. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 2. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 3. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 4. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 5. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 8. In certain other embodiments: CONAV (1) / CONAV (av) ≧ 10.

特定の他の実施の形態では、吸着体に分散される硫黄に関して、各標的試験領域において、その分散は次の特性を有する:CON(av)/CON(min)≦30。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦20である。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦15である。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦10である。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦5である。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦3である。特定の他の実施の形態では:CON(av)/CON(min)≦2である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦30である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦20である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦15である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦10である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦5である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦3である。特定の他の実施の形態では:CON(max)/CON(av)≦2である。 In certain other embodiments, with respect to sulfur dispersed in the adsorbent , in each target test region, the dispersion has the following properties: CON (av) / CON (min) ≦ 30. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 20. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 15. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 10. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 5. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 3. In certain other embodiments: CON (av) / CON (min) ≦ 2. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 30. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 20. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 15. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 10. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 5. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 3. In certain other embodiments: CON (max) / CON (av) ≦ 2.

本発明の吸着体の特定の実施の形態では、硫黄の分散は次の特性を有する:各標的試験領域において、CON(av)/CON(min)≦30、およびCON(max)/CON(av)≦30である。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦20、およびCON(max)/CON(av)≦20であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦15、およびCON(max)/CON(av)≦15であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦10、およびCON(max)/CON(av)≦10であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦5、およびCON(max)/CON(av)≦5であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦3、およびCON(max)/CON(av)≦3であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、CON(av)/CON(min)≦2、およびCON(max)/CON(av)≦2であることが望ましい。 In particular embodiments of the sorbent body of the present invention, sulfur dispersion has the following properties: CON (av) / CON (min) ≦ 30 and CON (max) / CON (av) in each target test area. ) ≦ 30. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 20 and CON (max) / CON (av) ≦ 20. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 15 and CON (max) / CON (av) ≦ 15. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 10 and CON (max) / CON (av) ≦ 10. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 5 and CON (max) / CON (av) ≦ 5. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 3 and CON (max) / CON (av) ≦ 3. In certain other embodiments, it is desirable that CON (av) / CON (min) ≦ 2 and CON (max) / CON (av) ≦ 2.

本発明の吸着体の特定の実施の形態では、硫黄は、上述の分布特性法に従って活性炭マトリクス全体に均質に分散される。したがって:各標的試験領域では、0.1n≦m≦0.9nであるすべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2である。 In certain embodiments of the sorbent body of the present invention, sulfur is homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix according to the distribution characteristics method described above. Therefore: In each target test area, for all CON (m) where 0.1n ≦ m ≦ 0.9n: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2.

特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.05n≦m≦0.95nである、すべてのCON(m)について:0.5≦CON(m)/CON(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CON(m)/CON(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CON(m)/CON(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CON(m)/CON(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CON(m)/CON(av)≦1.1であることが望ましい。本発明の物体(吸着体、押出成形混合体、など)および材料の特定の実施の形態では、それぞれ別個の標的試験領域に関して、この項における上述の特性のいずれか1つに加えて、すべてのp標的試験領域についての関連材料(例えば、硫黄、金属触媒など)の分散は、次の特性を有する:0.1p≦k≦0.9pであるすべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。特定の実施の形態では、0.5p≦k≦0.95pであるすべてのCONAV(k)について:0.5≦CONAV(k)/CONAV(av)≦2であり;特定の実施の形態では、0.6≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.7である。特定の他の実施の形態では、0.7≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.4であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.8≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.2であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.9≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.1であることが望ましい。特定の他の実施の形態では、0.95≦CONAV(k)/CONAV(av)≦1.05であることが望ましい。 In certain embodiments, it is desirable that 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In a particular embodiment, for all CON (m), where 0.05n ≦ m ≦ 0.95n: 0.5 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 2; Then, 0.6 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CON (m) / CON (av) ≦ 1.1. In certain embodiments of the objects ( adsorbents , extrusion blends, etc.) and materials of the present invention, each for a separate target test area, in addition to any one of the above-mentioned properties in this section, all The dispersion of relevant materials (eg, sulfur, metal catalysts, etc.) for the p target test area has the following properties: For all CONAV (k) where 0.1p ≦ k ≦ 0.9p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; in a specific embodiment, 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05. In a particular embodiment, for all CONAV (k) where 0.5p ≦ k ≦ 0.95p: 0.5 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 2; 0.6 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.7. In certain other embodiments, it is desirable that 0.7 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.4. In certain other embodiments, it is desirable that 0.8 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.2. In certain other embodiments, it is desirable that 0.9 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.1. In certain other embodiments, it is desirable that 0.95 ≦ CONAV (k) / CONAV (av) ≦ 1.05.

特定の実施の形態では、硫黄は、マイクロスケールの孔隙の壁表面の大部分に存在する。特定の他の実施の形態では、硫黄は、マイクロスケールの孔隙の壁表面の少なくとも75%、少なくとも90%、または少なくとも95%に存在する。   In certain embodiments, sulfur is present in the majority of the microscale pore wall surface. In certain other embodiments, sulfur is present in at least 75%, at least 90%, or at least 95% of the wall surface of the microscale pores.

特定の実施の形態では、硫黄は、ナノスケールの孔隙の壁表面の少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも75%、または少なくとも85%に存在する。特定の実施の形態では、吸着体の比表面積の大部分は、ナノスケールの孔隙の壁表面によってもたらされる。これらの実施の形態では、ナノスケールの孔隙の壁表面に、高い割合(少なくとも40%、少なくとも50%、または少なくとも60%など)で分散された硫黄を有することが望ましい。 In certain embodiments, sulfur is present in at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 75%, or at least 85% of the nanoscale pore wall surface. In certain embodiments, the majority of the specific surface area of the sorbent body is provided by the nanoscale pore wall surface. In these embodiments, it is desirable to have a high percentage of sulfur (such as at least 40%, at least 50%, or at least 60%) dispersed on the wall surface of the nanoscale pores.

吸着体はさらに無機充填剤材料を含みうる。金属触媒とは対照的に、無機充填剤材料中の任意の金属元素は、化学的および物理的に不活性である。このように、本発明の吸着体と接触する流体からの有毒物質の除去を促進するための次の方法の1つ以上において、無機充填剤に含まれる金属元素は機能していない:(i)有毒物質の一時的または恒久的な化学的吸着(例えば、共有結合および/またはイオン結合を介して);(ii)有毒物質の一時的または恒久的な物理的吸着;(iii)吸着体の他の成分を用いた有毒物質の反応/吸着の触媒;(iv)有毒物質をあるものから他のものに変換するための周囲雰囲気を用いた反応の触媒;(v)吸着体の他の成分によってすでに吸着された有毒物質の捕捉;および(vi)活性な吸着部位への有毒物質の移動の促進。 The adsorbent can further comprise an inorganic filler material. In contrast to metal catalysts, any metal element in the inorganic filler material is chemically and physically inert. Thus, in one or more of the following methods for facilitating the removal of toxic substances from the fluid in contact with the adsorbent of the present invention, the metallic elements contained in the inorganic filler are not functioning: (i) Temporary or permanent chemical adsorption of toxic substances (eg, via covalent and / or ionic bonds); (ii) temporary or permanent physical adsorption of toxic substances; (iii) other adsorbents A catalyst for reaction / adsorption of toxic substances using the components of: (iv) a catalyst for reaction using ambient atmosphere to convert toxic substances from one to another; (v) by other components of the adsorbent Capture of already adsorbed toxic substances; and (vi) facilitating the transfer of toxic substances to active adsorption sites.

無機充填剤は、とりわけ、コストの低減および吸着体の物理的(熱膨張率;破壊応力など);または化学的特性(耐水性;耐高温性;耐食性など)の改善の目的で含まれる。このような無機充填剤は、酸化物ガラス、酸化物セラミックス、または特定の耐熱材料でありうる。無機充填剤の非限定的な例としては、シリカ;アルミナ;ジルコン;ジルコニア;ムライト;コージエライト;耐熱金属;などが挙げられる。特定の実施の形態では、無機充填剤は、それ自体が多孔性である。無機充填剤の高い孔隙率は、比表面積を過度に犠牲にすることなく、吸着体の機械的強度を改善することができる。無機充填剤は、吸着体全体に分散しうる。無機充填剤は、吸着体に分散された、極めて小さい粒子の形態で存在して差し支えない。吸着体および他の要素の適用に応じて、特定の実施の形態では、吸着体は、例えば、50重量%までの無機充填剤を含んで差し支えなく、特定の他の実施の形態では40%まで、特定の他の実施の形態では30%まで、特定の他の実施の形態では20%まで、特定の他の実施の形態では10%までの無機充填剤を含みうる。 Inorganic fillers are included, inter alia, for the purpose of reducing costs and improving the physical properties of the adsorbent (thermal expansion coefficient; fracture stress, etc.); or chemical properties (water resistance; Such an inorganic filler can be an oxide glass, an oxide ceramic, or a specific heat resistant material. Non-limiting examples of inorganic fillers include silica; alumina; zircon; zirconia; mullite; cordierite; In certain embodiments, the inorganic filler is itself porous. The high porosity of the inorganic filler can improve the mechanical strength of the adsorbent without sacrificing the specific surface area excessively. The inorganic filler can be dispersed throughout the adsorbent . The inorganic filler can be present in the form of very small particles dispersed in the adsorbent . Depending on the application of the sorbent body and other elements, in certain embodiments, the sorbent body can include, for example, up to 50% by weight inorganic filler, and in certain other embodiments, up to 40%. In certain other embodiments, up to 30%, in certain other embodiments up to 20%, in certain other embodiments up to 10% inorganic filler may be included.

吸着体の高い比表面積をもたらすことを目的として、無機充填剤が含まれる場合には、吸着体の、および吸着体中のこれら無機充填剤は多孔性であり、吸着体の比表面積の高さに、ある程度貢献していることが望ましい。活性炭のものに匹敵する比表面積を有する無機充填剤を吸着体に含めることは、通常は困難であるか、または費用がかかる。したがって、このような無機充填剤が最終的な吸着体にもたらすであろう、典型的な機械的強化に加えて、吸着体の比表面積の全体が損なわれる傾向にもある。これは、一部の事例では、非常に望ましくないことでありうる。吸着体の表面積が大きいことは、通常、有毒物質の吸着にとって、より活性な部位(有毒物質を吸着するの能力のある炭素部位、有毒物質の吸着を促進または誘導する能力のある硫黄、および、有毒物質の吸着を促進する金属触媒)であることを意味する。さらには、吸着体における活性吸着部位の近傍の3つのカテゴリーがすべての吸着能力を助長すると考えられる。 For the purpose of providing high specific surface area of the sorbent body, if that contains inorganic filler, the adsorbent, and a the inorganic filler is porous in adsorbent height of the specific surface area of the adsorbent It is desirable to contribute to a certain extent. It is usually difficult or expensive to include in the adsorbent an inorganic filler having a specific surface area comparable to that of activated carbon. Thus, in addition to the typical mechanical reinforcement that such inorganic fillers would bring to the final adsorber , the overall specific surface area of the adsorbent also tends to be impaired. This can be highly undesirable in some cases. The large surface area of the adsorbent is usually a more active site for toxic substance adsorption (carbon sites capable of adsorbing toxic substances, sulfur capable of promoting or inducing toxic substances, and Means a metal catalyst that promotes the adsorption of toxic substances. Furthermore, it considered three categories near the active adsorption sites in the adsorbent promotes all adsorption capacity.

活性部位のこれら3つのカテゴリー間およびカテゴリー中の総平均距離に加えて、大量の無機充填剤の取り込みが炭素マトリックスにおける金属触媒および硫黄を希釈する。したがって、一部の実施の形態では、吸着体は比較的低い割合の無機充填剤を有する(吸着体の残りの部分は炭素、硫黄および金属触媒である)。特定の実施の形態では、吸着体は、重量で、40%未満、30%未満、20%未満、10%未満、9%未満、8%未満、7%未満、6%未満、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満、1%未満、または0.5%未満の無機充填剤を含む。1つの実施の形態では、吸着体は、無機充填剤を含まない。より少量の無機充填剤を含む吸着体は、活性炭マトリクスの壁断面全体に水銀捕捉のさらに均質な分散を導くことができる。したがって、特定の実施の形態では、吸着体は、活性炭、硫黄および金属触媒の総量を、少なくとも90重量%(特定の実施の形態では、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、または少なくとも98%)含む。 In addition to the total average distance between and within these three categories of active sites, the incorporation of large amounts of inorganic filler dilutes the metal catalyst and sulfur in the carbon matrix. Thus, in some embodiments, the sorbent body has a relatively low proportion of inorganic filler (the remainder of the sorbent body is carbon, sulfur and metal catalysts). In certain embodiments, the adsorbent is less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, less than 5% by weight, Contains less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% inorganic filler. In one embodiment, the adsorber does not include an inorganic filler. Adsorbents containing smaller amounts of inorganic filler can lead to a more homogeneous distribution of mercury capture across the wall cross section of the activated carbon matrix. Thus, in certain embodiments, the adsorbent has a total amount of activated carbon, sulfur and metal catalyst of at least 90% by weight (in certain embodiments, at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94% , At least 95%, at least 96%, at least 97%, or at least 98%).

本発明のさらなる実施の形態は、吸着体は、
活性炭と、
硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある硫黄と、
金属元素として、または金属を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある金属触媒と、
を含み、ここで、
金属触媒の少なくとも一部は、硫黄の少なくとも一部と化学結合している。
In a further embodiment of the invention, the adsorbent is
Activated carbon,
Sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a compound or moiety containing sulfur; and
A metal catalyst in any oxidation state as a metal element or in a compound or moiety containing a metal;
Where, where
At least a portion of the metal catalyst is chemically bonded to at least a portion of the sulfur.

本明細書で開示する吸着体の他の実施の形態ではとして、硫黄の少なくとも一部は、活性炭マトリクスの少なくとも一部の炭素に化学的に結合しうる。硫黄および/または金属触媒は、一部の実施の形態では、活性炭マトリクス全体に分散されうる。他の実施の形態では、硫黄および/または金属触媒は活性炭マトリクス全体に分散されない。本実施の形態および任意の他の実施の形態の吸着体は、例えばマンガン硫化物などの金属硫化物を含みうる。本実施の形態の吸着体はまた、先に述べた活性炭、硫黄、および金属触媒の特徴を含む、本発明の任意の他の吸着体について言及した、任意の1種類以上の他の特徴を含みうる。 In another embodiment of the sorbent body disclosed herein, at least a portion of the sulfur can be chemically bonded to at least a portion of the carbon of the activated carbon matrix. Sulfur and / or metal catalysts may be dispersed throughout the activated carbon matrix in some embodiments. In other embodiments, the sulfur and / or metal catalyst is not dispersed throughout the activated carbon matrix. The sorbent body of this embodiment and any other embodiment can include a metal sulfide such as manganese sulfide. The adsorbent of this embodiment also includes any one or more other features mentioned for any other adsorbent of the present invention, including the features of activated carbon, sulfur, and metal catalysts described above. sell.

本発明の吸着体の実施の形態は、合成ガス流れおよび燃焼排ガス流れなどの流体に由来する、例えばカドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素およびセレンなどの有毒物質を吸着および除去することができると考えられる。吸着体は、燃焼排ガス流れからの水銀の除去に特に有効であることが分かっている。例えば水銀など、特定の有毒物質に関する吸着材料の除去能力は、典型的には2つのパラメータ:最初の除去効率および長期間の除去能力によって特徴付けられる。水銀に関しては、初期の水銀除去効率および長期間の水銀除去能力を特徴付けるためには以下の手順が用いられる:
試験する吸着体を、特定の組成を有する160℃の参照燃焼排ガスが7500時間-1の空間速度で通過する、固定床内に充填する。気体流れの水銀濃度を吸着床の前後で測定する。任意の時点において、その瞬間の水銀除去効率(Eff(Hg))を次のように計算する:

Figure 2010527288
ここでC0は吸着床の直前の燃焼排ガス流れにおけるμg・m-3での総水銀濃度であり、C1は吸着床の直後のμg・m-3での総水銀濃度である。初期の水銀除去効率は、新鮮な試験吸着材料を充填後最初の1時間の平均水銀除去効率として定義される。典型的には、固定吸着床の水銀除去効率は、吸着床が徐々に水銀で満たされるため、時間と共に低下する。水銀除去能力は、上記試験条件下で、初期の水銀除去効率が90%に低下するまで、吸着体材料の単位質量あたりの吸着床によって捕捉される水銀の総量として定義される。水銀除去能力は、典型的には吸着材料(mg・g-1)のグラムあたりの捕捉される水銀のmgで表される。 Embodiments of the sorbent body of the present invention are derived from fluids such as synthesis gas streams and flue gas streams, such as cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, It is believed that toxic substances such as antimony, silver, thallium, arsenic and selenium can be adsorbed and removed. Adsorbents have been found to be particularly effective in removing mercury from flue gas streams. The removal capacity of adsorbent material for a particular toxic substance, such as mercury, is typically characterized by two parameters: initial removal efficiency and long-term removal ability. For mercury, the following procedure is used to characterize initial mercury removal efficiency and long-term mercury removal capacity:
The adsorbent to be tested is packed into a fixed bed through which a 160 ° C. reference flue gas having a specific composition passes at a space velocity of 7500 hours −1 . The mercury concentration in the gas stream is measured before and after the adsorption bed. At any point in time, the instantaneous mercury removal efficiency (Eff (Hg)) is calculated as follows:
Figure 2010527288
Here, C 0 is the total mercury concentration at μg · m −3 in the combustion exhaust gas flow immediately before the adsorption bed, and C 1 is the total mercury concentration at μg · m −3 immediately after the adsorption bed. Initial mercury removal efficiency is defined as the average mercury removal efficiency for the first hour after filling with fresh test adsorbent material. Typically, the mercury removal efficiency of a fixed adsorbent bed decreases with time because the adsorbent bed is gradually filled with mercury. Mercury removal capacity at the test conditions described above, to the initial mercury removal efficiency is reduced to 90%, it is defined as the total amount of mercury trapped by the sorbent bed per unit mass of the adsorbent material. Mercury removal capacity is typically expressed in mg of mercury trapped per gram of adsorbent material (mg · g −1 ).

典型的な試験参照燃焼排ガス(本明細書ではRFG1と称される)は重量による次の組成を有している:O2 5%;CO2 14%;SO2 1500ppm;NOx 300ppm;HCl 100ppm;Hg 20〜25μg・m-3;N2 バランス;ここで、NOxはNO2、N2OおよびNOの組合せであり;Hgは水銀元素(Hg(0)、50〜60モル%)および酸化水銀(40〜50モル%)の組合せである。特定の実施の形態では、吸着体はRFG1に関して、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%または少なくとも99.5%の初期の水銀除去効率を有する。 A typical test reference flue gas (referred to herein as RFG1) has the following composition by weight: O 2 5%; CO 2 14%; SO 2 1500 ppm; NO x 300 ppm; HCl 100 ppm Hg 20-25 μg · m −3 ; N 2 balance; where NO x is a combination of NO 2 , N 2 O and NO; Hg is elemental mercury (Hg (0), 50-60 mol%) and It is a combination of mercury oxide (40-50 mol%). In certain embodiments, the sorbent body is at least 90%, at least 91%, at least 92%, at least 95%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or at least 99.5% initial mercury with respect to RFG1. Has removal efficiency.

特定の実施の形態では、吸着体は、有利には、高濃度のHClおよび低濃度のHClなどを有する、O2 5%;CO2 14%;SO2 1500ppm;NOx 300ppm;Hg 20〜25μg・m-3を含む燃焼排ガスにとって、少なくとも90%の高い初期の水銀除去効率を有する。「高濃度のHCl」とは、処理すべき気体中のHCl濃度が少なくとも20ppmであることを意味する。「低濃度のHCl」とは、処理すべき気体中のHCl濃度が最大でも10ppmであることを意味する。特定の実施の形態の吸着体は、次の組成:O2 5%;CO2 14%;SO2 1500ppm;NOx 300ppm;HCl 5ppm;Hg 20〜25μg・m-3;N2 バランスを有する、燃焼排ガス(RFG2と称される)について、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも93%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも99.5%の初期の水銀除去効率を有する。 In certain embodiments, the adsorbent advantageously has a high concentration of HCl, a low concentration of HCl, etc., O 2 5%; CO 2 14%; SO 2 1500 ppm; NO x 300 ppm; Hg 20-25 μg • High initial mercury removal efficiency of at least 90% for flue gas containing m- 3 . “High concentration HCl” means that the HCl concentration in the gas to be treated is at least 20 ppm. “Low concentration HCl” means that the HCl concentration in the gas to be treated is at most 10 ppm. Adsorbent of a specific embodiment, the following composition: O 2 5%; CO 2 14%; SO 2 1500ppm; having N 2 balance,; NO x 300ppm; HCl 5ppm ; Hg 20~25μg · m -3 Initial mercury removal of at least 90%, at least 91%, at least 93%, at least 95%, at least 96%, at least 98%, at least 99%, or at least 99.5% for flue gas (referred to as RFG2) Have efficiency.

低HClの燃焼排ガスについてのこれらの実施の形態の高い水銀除去効率は、先行技術と比較して特に有利である。活性炭粉末の注入を含む先行技術の方法では、典型的には、十分な初期の水銀除去効率を得るために、HClを燃焼排ガスに加えることを必要とする。低いHCl濃度において高い水銀効率を与える実施の形態は、気体流れへのHClの注入の必要なしに、燃焼排ガス流れからの水銀の効率的かつ効果的な除去を可能にする。   The high mercury removal efficiency of these embodiments for low HCl flue gas is particularly advantageous compared to the prior art. Prior art methods involving the injection of activated carbon powder typically require the addition of HCl to the flue gas to obtain sufficient initial mercury removal efficiency. Embodiments that provide high mercury efficiency at low HCl concentrations allow for efficient and effective removal of mercury from the flue gas stream without the need for injection of HCl into the gas stream.

特定の実施の形態では、吸着体は、高濃度のSO3(5ppm、8ppm、10ppm、15ppm、20ppm、30ppm、40ppmなど)および低濃度のSO3など(0.01ppm、0.1ppm、0.5ppm、1ppm、2ppmなど)を有し、O2 5%;CO2 14%;SO2 1500ppm;NOx 300ppm;Hg 20〜25μg・m-3を含む燃焼排ガスについて、少なくとも91%の高い初期の水銀除去効率を有する。「高濃度のSO3」とは、処理すべき気体におけるSO3濃度が少なくとも3重量ppmであることを意味する。「低濃度のSO3」とは、処理すべき気体におけるSO3濃度が3ppm未満であることを意味する。特定の実施の形態の吸着体は、次の組成:O2 5%;CO2 14%;SO2 1500ppm;NOx 300ppm;SO3 5ppm;Hg 20〜25μg・m-3;N2 バランスを有する燃焼排ガス(RFG3と称される)について、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも95%、少なくとも98%、または少なくとも99%の高い初期の水銀除去効率を有することが有利である。高いSO3燃焼排ガスについての特定の実施の形態の高い水銀除去効率は、先行技術と比較して特に有利である。活性炭粉末の注入を含む先行技術の方法では、典型的には、SO3が十分な初期の水銀除去効率を得るために、燃焼排ガスから除去されることが必要とされる。高いSO3濃度での高い水銀効率を与える実施の形態は、気体流れからのSO3の事前の除去を必要とせずに、燃焼排ガス流れからの水銀の効率的かつ効果的な除去を可能にする。 In certain embodiments, the sorbent body has a high concentration of SO 3 (5 ppm, 8 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm, etc.) and a low concentration of SO 3 (0.01 ppm, 0.1 ppm,. 5% for O 2 5%; CO 2 14%; SO 2 1500 ppm; NO x 300 ppm; Hg 20-25 μg · m −3 , high initial of at least 91% Has mercury removal efficiency. “High concentration of SO 3 ” means that the SO 3 concentration in the gas to be treated is at least 3 ppm by weight. “Low concentration SO 3 ” means that the SO 3 concentration in the gas to be treated is less than 3 ppm. Adsorbents of certain embodiments have the following composition: O 2 5%; CO 2 14%; SO 2 1500 ppm; NO x 300 ppm; SO 3 5 ppm; Hg 20-25 μg · m −3 ; N 2 balance For flue gas (referred to as RFG3), it is advantageous to have a high initial mercury removal efficiency of at least 90%, at least 91%, at least 95%, at least 98%, or at least 99%. The high mercury removal efficiency of certain embodiments for high SO 3 flue gas is particularly advantageous compared to the prior art. Prior art methods involving injection of activated carbon powder typically require SO 3 to be removed from the flue gas in order to obtain sufficient initial mercury removal efficiency. Embodiments that provide high mercury efficiency at high SO 3 concentrations allow for efficient and effective removal of mercury from the flue gas stream without the need for prior removal of SO 3 from the gas stream .

特定の実施の形態によれば、吸着体は、RFG1に関して0.05mg・g-1のHg除去能力を有し、特定の実施の形態では、RFG1に関して少なくとも0.10mg・g-1、少なくとも0.15mg・g-1、少なくとも0.20mg・g-1、少なくとも0.25mg・g-1、少なくとも0.30mg・g-1、少なくとも0.50mg・g-1、少なくとも1.0mg・g-1、少なくとも2.0mg・g-1、または少なくとも3.0mg・g-1である。 According to certain embodiments, the adsorbent has an Hg removal capacity of 0.05 mg · g −1 for RFG1, and in certain embodiments, at least 0.10 mg · g −1 for RFG1, at least 0 .15mg · g -1, at least 0.20 mg · g -1, at least 0.25 mg · g -1, at least 0.30 mg · g -1, at least 0.50 mg · g -1, at least 1.0 mg · g - 1 , at least 2.0 mg · g −1 , or at least 3.0 mg · g −1 .

特定の実施の形態によれば、吸着体は、RFG2に関して0.05mg・g-1のHg除去能力を有し、特定の実施の形態では、RFG2に関して少なくとも0.10mg・g-1、少なくとも0.15mg・g-1、少なくとも0.20mg・g-1、少なくとも0.25mg・g-1、少なくとも0.30mg・g-1、少なくとも0.50mg・g-1、少なくとも1.0mg・g-1、少なくとも2.0mg・g-1、または少なくとも3.0mg・g-1である。したがって、これらの実施の形態にしたがった吸着体は、低HClの燃焼排ガス流れに関して高い水銀除去能力を有する。これは、先行技術の水銀軽減方法と比較して特に有利である。 According to certain embodiments, the adsorbent has an Hg removal capacity of 0.05 mg · g −1 for RFG2, and in certain embodiments, at least 0.10 mg · g −1 , at least 0 for RFG2. .15mg · g -1, at least 0.20 mg · g -1, at least 0.25 mg · g -1, at least 0.30 mg · g -1, at least 0.50 mg · g -1, at least 1.0 mg · g - 1 , at least 2.0 mg · g −1 , or at least 3.0 mg · g −1 . Thus, the sorbent bodies according to these embodiments have a high mercury removal capacity for low HCl flue gas streams. This is particularly advantageous compared to prior art mercury mitigation methods.

特定の実施の形態によれば、吸着体は、RFG3に関して0.05mg・g-1のHg除去能力を有し、特定の実施の形態では、RFG3に関して、少なくとも0.10mg・g-1、少なくとも0.15mg・g-1、少なくとも0.20mg・g-1、少なくとも0.25mg・g-1、少なくとも0.30mg・g-1、少なくとも0.50mg・g-1、少なくとも1.0mg・g-1、少なくとも2.0mg・g-1、または少なくとも3.0mg・g-1である。したがって、これらの実施の形態に従った吸着体は、高SO3の燃焼排ガス流れに関して高い水銀除去能力を有する。これは、先行技術の水銀軽減方法と比較して特に有利である。 According to certain embodiments, the adsorbent has a Hg removal capacity of 0.05 mg · g −1 for RFG3, and in certain embodiments, at least 0.10 mg · g −1 for RFG3, at least 0.15 mg · g -1, at least 0.20 mg · g -1, at least 0.25 mg · g -1, at least 0.30 mg · g -1, at least 0.50 mg · g -1, at least 1.0 mg · g −1 , at least 2.0 mg · g −1 , or at least 3.0 mg · g −1 . Thus, the sorbent bodies according to these embodiments have a high mercury removal capacity for high SO 3 flue gas streams. This is particularly advantageous compared to prior art mercury mitigation methods.

したがって、本発明のさらなる実施の形態は本明細書に記載された任意の吸着体であって、ここで吸着体は、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して少なくとも90%の初期の水銀除去効率を有し、または吸着体は、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して、少なくとも0.05mg・g-1の水銀除去能力を有する。 Accordingly, a further embodiment of the invention is any of the adsorbents described herein, wherein the adsorbent has an initial mercury removal efficiency of at least 90% with respect to RFG1, RFG2, and / or RFG3. Or the adsorbent has a mercury removal capacity of at least 0.05 mg · g −1 for RFG1, RFG2 and / or RFG3.

上記を考慮して、本発明の実施の形態は、
活性炭と、
硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある硫黄と、
金属元素として、または金属を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある金属触媒と、
を含み、
前記吸着体が、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して、少なくとも90%の初期の水銀除去効率を有する、
吸着体である。例えば、吸着体は、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して、少なくとも91%、少なくとも95%、少なくとも98%または少なくとも99%の初期の水銀除去効率を有しうる。硫黄および/または金属触媒は、一部の実施の形態では、活性炭マトリクス全体に分散されうる。他の実施の形態では、硫黄および/または金属触媒は、活性炭マトリクス全体に分散されない。この実施の形態の吸着体は、先に述べてきた、活性炭、硫黄、および金属触媒の特徴を含む、本発明の任意の他の吸着体について言及された、任意の1種類以上他の特徴をも有しうる。
In view of the above, embodiments of the present invention
Activated carbon,
Sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a compound or moiety containing sulfur; and
A metal catalyst in any oxidation state as a metal element or in a compound or moiety containing a metal;
Including
The adsorbent has an initial mercury removal efficiency of at least 90% with respect to RFG1, RFG2 and / or RFG3;
It is an adsorbent . For example, the sorbent body may have an initial mercury removal efficiency of at least 91%, at least 95%, at least 98%, or at least 99% with respect to RFG1, RFG2, and / or RFG3. Sulfur and / or metal catalysts may be dispersed throughout the activated carbon matrix in some embodiments. In other embodiments, the sulfur and / or metal catalyst is not dispersed throughout the activated carbon matrix. The sorbent body of this embodiment has any one or more other features mentioned for any other sorbent body of the present invention, including the features of activated carbon, sulfur, and metal catalysts described above. Can also have.

本発明のさらなる実施の形態は、
活性炭と、
硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある硫黄と、
金属元素として、または金属を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある金属触媒と、
を含む吸着体であって、
ここで、前記吸着体は、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して、少なくとも0.05mg・g-1の水銀除去能力を有する。例えば、吸着体は、RFG1、RFG2および/またはRFG3に関して、少なくとも0.10mg・g-1、少なくとも0.15mg・g-1、少なくとも0.20mg・g-1、少なくとも0.25mg・g-1、少なくとも0.30mg・g-1、少なくとも0.50mg・g-1、少なくとも1.0mg・g-1、少なくとも2.0mg・g-1、または少なくとも3.0mg・g-1の水銀除去能力を有しうる。硫黄および/または金属触媒は、一部の実施の形態では、活性炭マトリクス全体に分散されて差し支えない。他の実施の形態では、硫黄および/または金属触媒は、活性炭マトリクス全体に分散されない。この実施の形態の吸着体はまた、先に述べた、活性炭、硫黄、および金属触媒の特徴を含む、本発明の任意の他の吸着体について言及された、1種類以上の他の特徴をも含みうる。
Further embodiments of the present invention are:
Activated carbon,
Sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a compound or moiety containing sulfur; and
A metal catalyst in any oxidation state as a metal element or in a compound or moiety containing a metal;
An adsorbent containing
Here, the adsorbent has a mercury removal capacity of at least 0.05 mg · g −1 with respect to RFG1, RFG2 and / or RFG3. For example, adsorbents, RFG1, with respect RFG2 and / or RFG3, at least 0.10 mg · g -1, at least 0.15 mg · g -1, at least 0.20 mg · g -1, at least 0.25 mg · g -1 Mercury removal capacity of at least 0.30 mg · g −1 , at least 0.50 mg · g −1 , at least 1.0 mg · g −1 , at least 2.0 mg · g −1 , or at least 3.0 mg · g −1 Can be included. Sulfur and / or metal catalysts can be dispersed throughout the activated carbon matrix in some embodiments. In other embodiments, the sulfur and / or metal catalyst is not dispersed throughout the activated carbon matrix. The adsorbent of this embodiment also has one or more other features mentioned for any other adsorbent of the present invention, including the features of activated carbon, sulfur, and metal catalysts described above. May be included.

本発明の別の態様は、有毒物質を含む流体を、本発明に従った吸着体と接触させる工程を有してなる、流体からの有毒物質の除去のための方法である。有毒物質としては、カドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素およびセレンが挙げられ、前記有毒物質は任意の酸化状態であって差し支えなく、元素の形態または前記元素を含む化合物であって差し支えない。吸着体は、例えば、有毒物質を低減させるため、ヒ素、カドミウム、水銀および/またはセレンなどの有毒物質を含む気体流れおよび流体流れを含めた流体流れを処理するために使用されうる。これらの方法は、典型的には、流体流れに吸着体を配置するステップを有してなる。これらの処理方法は、流体流れから水銀を低減させるのに特に有利である。 Another aspect of the present invention is a method for the removal of toxic substances from a fluid comprising the step of contacting a fluid containing toxic substances with an adsorbent according to the present invention. Toxic substances include cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic, and selenium, wherein the toxic substance is in any oxidation state. However, it may be in the form of an element or a compound containing the element. The adsorbent can be used to treat fluid streams, including gas streams and fluid streams containing toxic substances such as arsenic, cadmium, mercury and / or selenium, for example, to reduce toxic substances. These methods typically comprise placing an adsorbent in the fluid stream. These treatment methods are particularly advantageous for reducing mercury from the fluid stream.

流体から水銀元素を除去する能力に起因して、本方法の特に有利な実施の形態は、水銀を含む気体流れに吸着体を配置する工程を有してなり、ここで、少なくとも10モル%、少なくとも20モル%、少なくとも30モル%、少なくとも40モルモル%、少なくとも50モル%、少なくとも60モル%または少なくとも70モル%の水銀は、元素状態で存在する。 Due to the ability to remove elemental mercury from the fluid, a particularly advantageous embodiment of the method comprises the step of placing the adsorbent in a gaseous stream comprising mercury, wherein at least 10 mol%, At least 20 mol%, at least 30 mol%, at least 40 mol%, at least 50 mol%, at least 60 mol% or at least 70 mol% mercury is present in the elemental state.

流体から水銀元素を除去する能力に起因して、気体流れが非常に低濃度のHClを含む場合でさえも、本方法の特に有利な実施の形態は、水銀および、重量で50ppm未満、40ppm未満、30ppm未満、20ppm未満または10ppm未満のHCl濃度におけるHClを含む気体流れに吸着体を配置する工程を有してなる。 Due to the ability to remove elemental mercury from the fluid, a particularly advantageous embodiment of the method is less than 50 ppm by weight and less than 40 ppm by weight, even when the gas stream contains very low concentrations of HCl. Placing the adsorbent in a gaseous stream comprising HCl at an HCl concentration of less than 30 ppm, less than 20 ppm, or less than 10 ppm.

流体から水銀元素を除去する能力に起因して、気体流れが高濃度のSO3を含む場合でさえも、本方法の特に有利な実施の形態は、水銀および、重量で少なくとも3ppmのSO3濃度、特定の実施の形態では、5ppmを超える、8ppmを超える、10ppmを超える、または20ppmを超えるSO3濃度でSO3を含む気体流れに、吸着体を配置する工程を有してなる。 Due to the ability to remove elemental mercury from the fluid, a particularly advantageous embodiment of the method, even if the gas stream contains a high concentration of SO 3 , is a mercury and SO 3 concentration of at least 3 ppm by weight. Certain embodiments comprise placing the adsorbent in a gas stream comprising SO 3 at a SO 3 concentration of greater than 5 ppm, greater than 8 ppm, greater than 10 ppm, or greater than 20 ppm.

本発明のさらなる態様は、吸着体を調製する方法であって、
(A)炭素源材料、硫黄源材料、金属触媒源材料および随意的な充填剤材料を含むバッチ混合材料の形状をしたバッチ混合体を提供する工程であって、前記金属触媒源材料が混合物に実質的に均質に分散する工程と、
(B)前記バッチ混合体を炭化する工程と、
(C)前記炭化されたバッチ混合体を活性化する工程と、
を有してなる。
A further aspect of the present invention is a method for preparing an adsorbent comprising :
(A) providing a batch mixture in the form of a batch mixed material comprising a carbon source material, a sulfur source material, a metal catalyst source material and an optional filler material, wherein the metal catalyst source material is in the mixture A substantially homogeneous dispersion step;
(B) carbonizing the batch mixture;
(C) activating the carbonized batch mixture;
It has.

特定の実施の形態では、炭素源材料は、合成炭素含有ポリマー材料;活性炭粉末;木炭粉末;コールタール・ピッチ;石油ピッチ;木粉;セルロースおよびその誘導体;小麦粉などの天然の有機材料;木粉、トウモロコシ粉、ナッツ殻粉;デンプン;コークス;石炭;またはそれらの任意の2つ以上の混合物または組合せを含む。すべてのこれらの材料は、吸着体の最終的な活性炭マトリクスにおいて少なくともある程度保持されうる、分子レベルの構造単位に炭素原子を含む、特定の成分を含む。特定の実施の形態によれば、炭素源材料は、フェノール樹脂またはフルフリルアルコール系の樹脂を含む。 In certain embodiments, the carbon source material is a synthetic carbon-containing polymer material; activated carbon powder; charcoal powder; coal tar pitch; petroleum pitch; wood flour; cellulose and its derivatives; natural organic materials such as wheat flour; , Corn flour, nut shell powder; starch; coke; coal; or any mixture or combination of any two or more thereof. All these materials contain certain components that contain carbon atoms in molecular level structural units that can be retained at least in part in the final activated carbon matrix of the sorbent body. According to a particular embodiment, the carbon source material comprises a phenolic resin or a furfuryl alcohol-based resin.

1つの実施の形態では、合成ポリマー材料は、周囲温度において、溶液または低粘度の液体の形態の合成樹脂でありうる。あるいは、合成ポリマー材料は、周囲温度では固体でありうるが、加熱または他の手段によって液化する能力を有する。有用なポリマー炭素源材料の例としては、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂(例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニル・アルコールなど)が挙げられる。さらには、1つの実施の形態では、比較的低い粘度の炭素前駆体(例えば、熱硬化性樹脂)は、約50〜100mPa・s(約50〜100cps)の典型的な粘度範囲を有することが好ましい。別の実施の形態では、高い炭素収率の樹脂を使用することができる。この目的のためには、「高い炭素収率」とは、樹脂の最初の重量の約10%を超える量が、炭化の際に炭素に転換されることを意味する。別の実施の形態では、合成ポリマー材料は、フェノール樹脂またはフラン樹脂などのフルフラールアルコール系樹脂を含みうる。フェノール樹脂は、それらの低粘度、高炭素収率、他の前駆体と比較して硬化の際の高度の架橋、および低コストの理由から好ましい。典型的な、適切なフェノール樹脂は、プリオフェン(plyophen)樹脂などのレゾール樹脂である。典型的な適切なフラン液体樹脂は、QO Chemicals Inc.(米国所在)から市販されるFurcab−LPである。合成炭素前駆体としての用途に適している典型的な固体樹脂は、フェノール樹脂またはノボラックである。さらには、ノボラックと1種類以上のレゾール樹脂の混合物も、適切なポリマー炭素源材料として使用することができるものと解されるべきである。フェノール樹脂は、バッチ混合材料を形成するため、他の材料と混合する際に、予備硬化させて差し支えなく、あるいは未硬化であってもよい。フェノール樹脂を予備硬化させる場合は、予備硬化させた材料は、あらかじめ組み込まれた、硫黄、金属触媒または随意的な無機充填剤を含みうる。特定の実施の形態では、バッチ混合材料における炭素源材料の一部として、硬化可能な、未硬化の樹脂が含まれることが望ましい。熱可塑性または熱硬化性の硬化性材料は、穏やかな加熱処理、照射、化学的活性化などの硬化条件に供される際に、連鎖成長、架橋などの特定の反応を受けて、より高い重合度を有する硬化材料を形成する。   In one embodiment, the synthetic polymeric material can be a synthetic resin in the form of a solution or a low viscosity liquid at ambient temperature. Alternatively, the synthetic polymeric material can be solid at ambient temperature, but has the ability to liquefy by heating or other means. Examples of useful polymeric carbon source materials include thermosetting resins and thermoplastic resins (eg, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, etc.). Further, in one embodiment, the relatively low viscosity carbon precursor (eg, thermosetting resin) may have a typical viscosity range of about 50-100 mPa · s (about 50-100 cps). preferable. In another embodiment, a high carbon yield resin can be used. For this purpose, “high carbon yield” means that greater than about 10% of the initial weight of the resin is converted to carbon upon carbonization. In another embodiment, the synthetic polymeric material can include a furfural alcohol-based resin such as a phenolic resin or a furan resin. Phenolic resins are preferred because of their low viscosity, high carbon yield, high degree of crosslinking during curing compared to other precursors, and low cost. A typical suitable phenolic resin is a resole resin such as a plyophen resin. A typical suitable furan liquid resin is Furcab-LP commercially available from QO Chemicals Inc. (USA). Typical solid resins that are suitable for use as synthetic carbon precursors are phenolic resins or novolacs. Furthermore, it should be understood that a mixture of novolac and one or more resole resins can also be used as a suitable polymeric carbon source material. Since the phenolic resin forms a batch mixed material, it can be pre-cured or uncured when mixed with other materials. When the phenolic resin is precured, the precured material can include pre-incorporated sulfur, a metal catalyst, or an optional inorganic filler. In certain embodiments, it is desirable to include a curable, uncured resin as part of the carbon source material in the batch blend material. Thermoplastic or thermosetting curable materials undergo higher reactions when subjected to specific reactions such as chain growth and crosslinking when subjected to curing conditions such as mild heat treatment, irradiation, and chemical activation. A curable material having a degree is formed.

特定の実施の形態では、典型的には押出成形および/または射出成形法に用いられる有機結合剤は、炭素源材料の一部でもありうる。用いられうる典型的な結合剤は、セルロース・エーテルなどの可塑化有機結合剤である。典型的なセルロース・エーテルとしては、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピル・メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース・ナトリウム塩、およびそれらの混合物が挙げられる。さらには、メチルセルロースおよび/またはメチルセルロース誘導体などのセルロース・エーテルは、メチルセルロース、ヒドロキシプロピル・メチルセルロース、または好ましいものの組合せと共に、特に有機結合剤として適している。メチルセルロース結合剤の一例は、Dow Chemical Companyによって販売されるMETHOCEL Aである。ヒドロキシプロピル・メチルセルロース結合剤の例としては、これもDow Chemical Companyによって販売される、METHOCEL E、F、J、Kである。これもDow Chemical Companyによって販売されるMETHCEL 310系の結合剤も、本発明に関連して使用することができる。METHOCEL A4Mは、RAM押出成形機とともに使用する結合剤の例である。METHOCEL F240Cは、2軸押出成形機はとともに使用する結合剤の例である。   In certain embodiments, the organic binder typically used in extrusion and / or injection molding processes can also be part of the carbon source material. Typical binders that can be used are plasticized organic binders such as cellulose ethers. Typical cellulose ethers include methyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, hydroxybutyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose sodium salt, and the like Of the mixture. Furthermore, cellulose ethers such as methylcellulose and / or methylcellulose derivatives are particularly suitable as organic binders with methylcellulose, hydroxypropyl methylcellulose, or a combination of preferred ones. An example of a methylcellulose binder is METHOCEL A sold by Dow Chemical Company. An example of a hydroxypropyl methylcellulose binder is METHOCEL E, F, J, K, also sold by Dow Chemical Company. A METHCEL 310-based binder, also sold by Dow Chemical Company, can also be used in connection with the present invention. METHOCEL A4M is an example of a binder for use with a RAM extruder. METHOCEL F240C is an example of a binder for use with a twin screw extruder.

炭化可能な有機充填剤は、本方法の特定の実施の形態における炭素源材料の一部として用いられうる。典型的な炭化可能な充填剤としては、天然および合成の、疎水性および親水性の、繊維性および非繊維性の充填剤が挙げられる。例えば、一部の天然充填剤は、針葉樹、例えば松、トウヒ、アメリカスギなど;広葉樹、例えばセイヨウトネリコ、ブナノキ、カバノキ、カエデ、オークなど;おがくず、殻繊維、例えば粉末アーモンド殻、ココナッツの殻、アンズの種の殻、ピーナツの殻、ペカンの殻、クルミの殻など;綿繊維、例えばコットンフロック、綿織物、セルロース繊維、綿実繊維;刻んだ植物繊維、例えば麻、ココナツ繊維、ジュート、サイザル麻、および、トウモロコシの穂軸、柑橘系のパルプ(乾燥)、大豆ミール、ピートモス、小麦粉、トウモロコシ、ジャガイモ、米、タピオカなどの他の材料である。一部の合成材料は、再生セルロース、レーヨン繊維、セロファンなどである。1つの特に適切な炭化可能な繊維充填剤は、International Filler Corporation(米国ニューヨーク州ノーストナウォンダ所在)によって供給されるようなセルロース繊維である。この材料は、次の篩分析を有する:40メッシュ(420μm)で1〜2%通過、100メッシュ(149μm)で90〜95%通過、および200メッシュ(74μm)で55〜60%通過。一部の疎水性の有機合成充填剤は、ポリアクリルニトリル系繊維、ポリエステル繊維(フロック)、ナイロン繊維、ポリプロピレン繊維(フロック)または粉末、アクリル繊維または粉末、アラミド繊維、ポリビニル・アルコールなどである。このような有機の繊維性の充填剤は、1つには炭素源材料の一部として、1つにはバッチ混合体に対する機械的性質の増進剤として、および1つには炭化の際に大部分が揮発するであろう孔隙形成剤として機能しうる。   Carbonizable organic fillers can be used as part of the carbon source material in certain embodiments of the method. Typical carbonizable fillers include natural and synthetic, hydrophobic and hydrophilic, fibrous and non-fibrous fillers. For example, some natural fillers include conifers such as pine, spruce, cedar, etc .; hardwoods such as ash, beech, birch, maple, oak, etc .; sawdust, shell fibers such as powdered almond shell, coconut shell, Apricot seed shell, peanut shell, pecan shell, walnut shell, etc .; cotton fiber, eg cotton flock, cotton fabric, cellulose fiber, cottonseed fiber; chopped plant fiber, eg hemp, coconut fiber, jute, sisal hemp And other ingredients such as corn cobs, citrus pulp (dried), soybean meal, peat moss, flour, corn, potato, rice, tapioca. Some synthetic materials are regenerated cellulose, rayon fiber, cellophane and the like. One particularly suitable carbonizable fiber filler is a cellulose fiber such as that supplied by International Filler Corporation (North Tonawanda, NY, USA). This material has the following sieve analysis: 1-2% pass at 40 mesh (420 μm), 90-95% pass at 100 mesh (149 μm), and 55-60% pass at 200 mesh (74 μm). Some hydrophobic organic synthetic fillers are polyacrylonitrile fiber, polyester fiber (floc), nylon fiber, polypropylene fiber (floc) or powder, acrylic fiber or powder, aramid fiber, polyvinyl alcohol, and the like. Such organic fibrous fillers are partly as part of the carbon source material, partly as a mechanical property enhancer for batch mixtures and partly during carbonization. It can function as a pore former where the portion will volatilize.

金属触媒源材料の非限定的な例としては:アルカリおよびアルカリ土類ハロゲン化物、酸化物および水酸化物;バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、銀、タングステン、およびランタノイドの酸化物、硫化物、および塩が挙げられる。金属触媒源材料中の金属元素はさまざまな価数でありうる。例えば、鉄が金属触媒源材料に含まれる場合、+3、+2または0の価数または、さまざまな価数の混合物として存在し、金属鉄(0)、FeO、Fe23、Fe38、FeS、FeCl2、FeCl3、FeSO4などとして存在しうる。別の例では、金属触媒源にマンガンが存在する場合、価数+4、+2または0、またはさまざまな価数の混合物で、金属マンガン(0)、MnO、MnO2、MnS、MnCl2、MnCl4、MnSO4などとして存在しうる。 Non-limiting examples of metal catalyst source materials include: alkali and alkaline earth halides, oxides and hydroxides; vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, silver, Tungsten and lanthanoid oxides, sulfides, and salts. The metal element in the metal catalyst source material can have various valences. For example, when iron is included in the metal catalyst source material, it exists as a valence of +3, +2 or 0, or as a mixture of various valences, and the metal iron (0), FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 8 , FeS, FeCl 2 , FeCl 3 , FeSO 4 and the like. In another example, when manganese is present in the metal catalyst source, metal manganese (0), MnO, MnO 2 , MnS, MnCl 2 , MnCl 4 with a valence of +4, +2 or 0, or a mixture of various valences. , MnSO 4 and the like.

特定の実施の形態によれば、金属触媒源材料は:
(i)アルカリおよびアルカリ土類金属のハロゲン化物および酸化物;
(ii)貴金属およびそれらの化合物;
(iii)バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、銀、タングステンおよびランタノイドの酸化物、硫化物、および塩;または
(iv)(i)、(ii)および(iii)の2つ以上の組合せおよび混合物から選択される形態で存在する。本方法の特定の実施の形態によれば、金属触媒源材料は:
(i)マンガンの酸化物、硫化物、硫酸塩、酢酸塩および塩;(ii)鉄の酸化物、硫化物、および塩;
(iii)(i)およびKIの組合せ;
(iv)(ii)およびKIの組合せ;および/または
(v)(i)、(ii)、(iii)および(iv)の任意の2つ以上の混合物および組合せから選択される形態で存在する。
According to a particular embodiment, the metal catalyst source material is:
(I) alkali and alkaline earth metal halides and oxides;
(Ii) noble metals and their compounds;
(Iii) vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, silver, tungsten and lanthanoid oxides, sulfides and salts; or (iv) (i), (ii) and It exists in a form selected from two or more combinations and mixtures of (iii). According to a particular embodiment of the method, the metal catalyst source material is:
(I) Manganese oxides, sulfides, sulfates, acetates and salts; (ii) Iron oxides, sulfides and salts;
(Iii) a combination of (i) and KI;
(Iv) a combination of (ii) and KI; and / or (v) present in a form selected from a mixture and combination of any two or more of (i), (ii), (iii) and (iv) .

硫黄源材料の非限定的な例としては:硫黄粉末;硫黄含有粉末化樹脂;硫化物;硫酸塩;および他の硫黄含有化合物;またはそれらの任意の2つ以上の混合物または組合せが挙げられる。典型的な硫黄含有化合物は、硫化水素および/またはその塩、二硫化炭素、二酸化硫黄、チオフェン、硫黄無水物、硫黄ハロゲン化物、硫酸エステル、亜硫酸、スルファシッド、スルファトール、スルファミン酸、スルファン(sulfan)、スルファン(sulfanes)、硫酸およびその塩、亜硫酸塩、スルホン酸、スルホベンジド、およびそれらの混合物を含みうる。硫黄元素粉末を使用する場合、1つの実施の形態では、約100μmを超えない平均粒径を有することが好ましい。さらには、特定の実施の形態では、硫黄元素粉末は、約10μmを超えない平均粒径を有することが好ましい。  Non-limiting examples of sulfur source materials include: sulfur powder; sulfur-containing powdered resin; sulfide; sulfate; and other sulfur-containing compounds; or any two or more mixtures or combinations thereof. Typical sulfur-containing compounds are hydrogen sulfide and / or its salts, carbon disulfide, sulfur dioxide, thiophene, sulfur anhydrides, sulfur halides, sulfates, sulfites, sulfacids, sulfatols, sulfamic acids, sulfans, It may include sulfanes, sulfuric acid and its salts, sulfites, sulfonic acids, sulfobenzides, and mixtures thereof. When using elemental sulfur powder, in one embodiment it is preferred to have an average particle size not exceeding about 100 μm. Furthermore, in certain embodiments, it is preferred that the elemental sulfur powder has an average particle size not exceeding about 10 μm.

無機充填剤は、バッチ混合材料に存在することは必要とされない。しかしながら、存在する場合には、充填剤材料は、例えば:酸化物ガラス;酸化物セラミックス;または他の耐熱材料でありうる。使用されうる典型的な無機充填剤としては、粘土、ゼオライト、タルクなどの酸素含有無機物またはそれらの塩、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、カオリンなどのアルミノケイ酸塩(アルミノケイ酸塩粘土)、フライアッシュ(発電所における石炭燃焼後に得られるアルミノケイ酸塩の灰)、例えばウォラストナイト(メタケイ酸カルシウム)、チタネート、ジルコネート、ジルコニア、ジルコニア・スピネル、ケイ酸アルミニウム・マグネシウム、ムライト、アルミナ、アルミナ三水和物、ベーマイト、スピネル、長石、アタパルガイト、およびアルミノケイ酸塩ファイバー、コージエライト粉末、ムライトなどのケイ酸塩;コージエライト;シリカ;アルミナ;他の酸化物ガラス;他の酸化物セラミックス;または他の耐熱材料が挙げられる。   Inorganic fillers are not required to be present in the batch mix material. However, if present, the filler material can be, for example: oxide glass; oxide ceramics; or other refractory materials. Typical inorganic fillers that can be used include clays, zeolites, oxygen-containing minerals such as talc or their salts, carbonates such as calcium carbonate, aluminosilicates such as kaolin (aluminosilicate clay), fly ash ( Aluminosilicate ash obtained after coal combustion in power plants), eg wollastonite (calcium metasilicate), titanate, zirconate, zirconia, zirconia spinel, aluminum silicate magnesium mullite, alumina, alumina trihydrate Silicate, boehmite, spinel, feldspar, attapulgite, and silicates such as aluminosilicate fiber, cordierite powder, mullite; cordierite; silica; alumina; other oxide glasses; other oxide ceramics; or other refractory materials Is .

特に適切な無機充填剤の一部の例は、コージエライト粉末、タルク、粘土、およびFiberfaxの銘柄でCarborundum Co.(米国ニューヨーク州ナイアガラフォールズ所在)から提供されるようなアルミノケイ酸塩ファイバー、およびそれらの組合せである。Fiberfaxアルミノケイ酸塩ファイバーは、直径約2〜6μm、長さ約20〜50μmと測定される。無機充填剤のさらなる例としては、シリコン炭化物、チタニウム炭化物、アルミニウム炭化物、ジルコニウム炭化物、ホウ素炭化物、およびアルミニウム・チタニウム炭化物などのさまざまな炭化物;ベーキング・ソーダ、ナーコ石、方解石、ハンクス石およびリオットタイトなどの炭酸塩または炭酸塩含有無機物;および窒化ケイ素などの窒化物がある。  Some examples of particularly suitable inorganic fillers are cordierite powder, talc, clay, and Fiberfax brands such as Carbonundum Co. Aluminosilicate fibers as provided by (Niagara Falls, NY, USA), and combinations thereof. Fiberfax aluminosilicate fibers are measured to be about 2-6 μm in diameter and about 20-50 μm in length. Further examples of inorganic fillers include various carbides such as silicon carbide, titanium carbide, aluminum carbide, zirconium carbide, boron carbide, and aluminum-titanium carbide; baking soda, nacoite, calcite, hanksite and liotite Carbonates or carbonate-containing minerals; and nitrides such as silicon nitride.

バッチ混合材料は、随意的に発泡助剤を含みうる。典型的な発泡助剤としては、石鹸、オレイン酸、リノール酸などの脂肪酸、ステアリン酸ポリオキシエチレンなど、またはそれらの組合せが挙げられる。1つの実施の形態では、ステアリン酸ナトリウムが好ましい発泡助剤である。随意的な押出成形助剤の最適化量は、組成および結合剤によって決まるであろう。バッチの押出成形および硬化の特徴を改善するのに有用な他の添加物は、リン酸および油である。リン酸は、硬化速度を改善し、吸着能力を増大させる。含まれる場合には、リン酸は、典型的には、バッチ混合材料中に約0.1重量%〜5重量%である。さらには、油の添加は、押出成形を補助し、結果として表面積および孔隙率の増大をもたらすことができる。この目的のため、随意的な油を、バッチ混合材料の約0.1重量%〜5重量%の範囲の量で加えることができる。使用することができる典型的な油としては、パラフィン系および/または芳香族および/または脂環式の化合物を含む、分子量約250〜1000を有する石油が挙げられる。主としてパラフィン系および脂環式の構造から構成される、いわゆるパラフィン系石油が好ましい。これらは、通常、市販されている油に存在するようなさび止めまたは酸化防止剤などの添加物を含みうる。一部の有用な油は、3M Co.社製の3イン1オイル、またはReckitt and Coleman Inc.社(米国ニュージャージー州ウェイン所在)から市販される3イン1家庭用油であり、他の有用な油としては、ポリ(αオレフィン)系の合成油、エステル、ポリアルキレン・グリコール、ポリブテン、シリコーン、ポリエチルエーテル、CTFE油、および他の市販されている油が挙げられる。ヒマワリ油、ゴマ油、ピーナッツ油、大豆油などの植物油もまた有用である。特に好適なのは、約10〜300Pa・s(約10〜300cps)の粘度を有する油であり、約10〜150Pa・s(約10〜150cps)が好ましい。  The batch mixing material can optionally include a foaming aid. Typical foaming aids include soaps, fatty acids such as oleic acid, linoleic acid, polyoxyethylene stearate, etc., or combinations thereof. In one embodiment, sodium stearate is a preferred foaming aid. The optimized amount of optional extrusion aid will depend on the composition and binder. Other additives useful for improving batch extrusion and curing characteristics are phosphoric acid and oil. Phosphoric acid improves the cure rate and increases the adsorption capacity. When included, phosphoric acid is typically about 0.1% to 5% by weight in the batch mix. Furthermore, the addition of oil can aid in extrusion and can result in increased surface area and porosity. For this purpose, optional oil can be added in an amount ranging from about 0.1% to 5% by weight of the batch blend material. Exemplary oils that can be used include petroleum having a molecular weight of about 250 to 1000, including paraffinic and / or aromatic and / or alicyclic compounds. So-called paraffinic petroleum mainly composed of paraffinic and alicyclic structures is preferred. These usually may contain additives such as rust inhibitors or antioxidants as are present in commercially available oils. Some useful oils are 3M Co. 3 in 1 oil, or Reckitt and Coleman Inc. Is a 3 in 1 household oil commercially available from Wayne, NJ, USA, and other useful oils include poly (α-olefin) based synthetic oils, esters, polyalkylene glycols, polybutenes, silicones, Polyethyl ether, CTFE oil, and other commercially available oils. Vegetable oils such as sunflower oil, sesame oil, peanut oil, soybean oil are also useful. Particularly suitable are oils having a viscosity of about 10-300 Pa · s (about 10-300 cps), preferably about 10-150 Pa · s (about 10-150 cps).

バッチ混合材料は、随意的に、天然および/または合成の孔隙形成剤も含みうる。次に、孔隙形成剤は、例えば吸着体の炭化および/または活性化の前または間に除去されて差し支えない。孔隙形成剤の除去は、さまざまなサイズおよびおよび寸法の空間など、吸着体の孔隙構造に特定の特徴を与えることができる。 The batch blend material can optionally also include natural and / or synthetic pore formers. The pore former can then be removed, for example, before or during carbonization and / or activation of the adsorbent . Removal of the pore former can give certain features to the pore structure of the sorbent body, such as spaces of various sizes and dimensions.

1つの実施の形態では、典型的な孔隙形成剤として、吸着体の炭化の際に燃え尽き、残渣が吸着体にほとんどまたは何も残らない、天然または合成の孔隙形成剤が含まれうる。孔隙形成剤などの例としては、ポリマービーズなどのポリマー材料が挙げられる。ポリマービーズなどのポリマー材料の例としては、ポリプロピレンおよびポリエチレン材料およびビーズが挙げられる。1つの実施の形態では、バッチ混合材料は、孔隙形成剤として、高温(>400℃)における不活性雰囲気下で分解されて、ほとんどまたはまったく残渣が残らない、ポリプロピレン、ポリエステルまたはアクリル粉末または繊維などを含みうる。 In one embodiment, typical pore formers may include natural or synthetic pore formers that burn out upon carbonization of the sorbent body, leaving little or no residue in the sorbent body. Examples of pore formers include polymeric materials such as polymer beads. Examples of polymer materials such as polymer beads include polypropylene and polyethylene materials and beads. In one embodiment, the batch blend material is decomposed under a inert atmosphere at high temperature (> 400 ° C.) as a pore former, leaving little or no residue, such as polypropylene, polyester or acrylic powder or fiber, etc. Can be included.

さらなる孔隙形成剤としては天然および合成デンプンが挙げられる。一部の実施の形態では、孔隙形成剤がデンプンのような水溶性の場合、孔隙形成剤は、炭化の前の水の溶解を通じて吸着体を硬化させた後に除去して構わない。別の実施の形態では、適切な孔隙形成剤は、粒子の膨張に起因してマクロの孔隙を形成することを特徴とするができる。例えば、塩酸、硫酸または硝酸などの酸を含むグラファイト層間化合物は、加熱の際に、結果として生じる酸の膨張に起因して、マクロの孔隙を形成する。さらには、マクロの孔隙はまた、特定の一時的な材料を溶解することによっても形成されうる。例えば、ベーキング・ソーダ、炭酸カルシウムまたは所望の孔隙径に対応する粒径を有する石灰石粒子は、炭素材料と共に押出成形されて、モノリス型の吸着剤を形成することができる。ベーキング・ソーダ、炭酸カルシウムまたは石灰石は、炭化および活性化の工程の間に水溶性の酸化物を形成し、モノリス型の吸着剤を水に浸漬することによって、これが実質的にろ過されて、マクロの孔隙を形成する。 Additional pore formers include natural and synthetic starches. In some embodiments, when the pore former is water soluble, such as starch, the pore former may be removed after curing the adsorbent through dissolution of water prior to carbonization. In another embodiment, a suitable pore forming agent can be characterized by forming macropores due to particle expansion. For example, graphite intercalation compounds containing acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid form macropores upon heating due to the resulting expansion of the acid. Furthermore, macropores can also be formed by dissolving certain temporary materials. For example, baking soda, calcium carbonate or limestone particles having a particle size corresponding to the desired pore size can be extruded with a carbon material to form a monolithic adsorbent. Baking soda, calcium carbonate or limestone forms a water-soluble oxide during the carbonization and activation process, which is substantially filtered by immersing the monolithic adsorbent in water, The pores are formed.

最終的な吸着体全体に金属触媒の分散をもたらすためには、炭素源材料および金属触媒源材料は、密接に混合されて、バッチ混合材料を形成することが極めて望ましい。このため、特定の実施の形態では、さまざまな供給源材料が、微粉末または可能な場合には溶液の形態で提供され、次いで、効果的な混合装置を使用することにより、密接に混合されることが望ましい。粉末が用いられる場合には、特定の実施の形態では100μmを超えない平均サイズを有するものが提供され、特定の他の実施の形態では10μmを超えないもの、特定の他の実施の形態では1μmを超えないものが提供される。 In order to provide a dispersion of the metal catalyst throughout the final adsorbent , it is highly desirable that the carbon source material and the metal catalyst source material be intimately mixed to form a batch mixed material. Thus, in certain embodiments, various source materials are provided in the form of fine powders or solutions where possible, and then intimately mixed by using an effective mixing device. It is desirable. Where powders are used, certain embodiments are provided with an average size not exceeding 100 μm, in certain other embodiments not exceeding 10 μm, in certain other embodiments 1 μm No more than will be provided.

さまざまな装置および方法を使用して、バッチ混合材料を所望の形状のバッチ混合体に形成して差し支えない。例えば、押出成形、射出成形(反応性射出成形を含む)、圧縮成形、鋳込み成形、加圧成形、またはラピッドプロトタイピングを使用して、バッチ混合体を成形して差し支えない。物体は、例えば射出成形または圧縮成形によって成形する場合に、成形された状態のままで硬化させて構わない。あるいは、物体は、例えば押出成形、鋳込み成形、またはラピッドプロトタイピングによって成形する場合、成形後に硬化して差し支えない。一部の実施の形態によれば、押出成形されたバッチ混合物または硬化させたバッチ混合体は、複数のチャンネルを有するモノリス型ハニカムの形状をしている。   A variety of equipment and methods may be used to form the batch mix material into a batch mix of the desired shape. For example, the batch mixture can be molded using extrusion molding, injection molding (including reactive injection molding), compression molding, casting, pressure molding, or rapid prototyping. For example, when the object is formed by injection molding or compression molding, the object may be cured as it is. Alternatively, the object can be cured after molding, for example when molded by extrusion, casting, or rapid prototyping. According to some embodiments, the extruded batch mixture or cured batch mixture is in the form of a monolithic honeycomb having a plurality of channels.

押出成形は、バッチ混合材料を所望の形状のバッチ混合体へと形成する特定の実施の形態では、特に好ましい。標準的な押出成形機(ラム押出成形機、一軸押出成形機、二軸押出成形機など)および特別注文の押出成形用金型を用いて押出成形を行い、ハニカム、ペレット、棒状、スパゲッティ状など、さまざまな形態および形状を有する吸着体を作ることができる。押出成形は、流体の通路としての役割をすることができる、複数の中空のチャンネルを有するモノリス型ハニカム体を製造するのに特に有効である。押出成形は、その工程の間に、すべての原料の非常に密接な混合を達成することができるという点で有利である。 Extrusion is particularly preferred in certain embodiments where the batch mix material is formed into a desired shape batch mix. Extrusion using standard extruders (ram extruders, single screw extruders, twin screw extruders, etc.) and special extrusion molds, honeycombs, pellets, rods, spaghettis, etc. Adsorbents with various forms and shapes can be made. Extrusion is particularly effective in producing monolithic honeycomb bodies having a plurality of hollow channels that can serve as fluid passages. Extrusion is advantageous in that very intimate mixing of all raw materials can be achieved during the process.

さまざまな形状および寸法の鋳型もまた、射出成形、圧縮成形、および鋳込み成形を通じたバッチ材料の成形に使用して差し支えなく、それらのすべては、周知の成形技術である。立体造形(solid freeform fabrication)を使用する物理的物体の自動作成であるラピッドプロトタイピングも、バッチ材料を成形するのに使用して構わない。ラピッドプロトタイピングの利点の1つは、実質的にほぼどのような形状または形体の作製にも使用されうることである。ラピッドプロトタイピングは、仮想設計、例えば、設計を仮想の薄い水平断面に転換し、次に、その形状が完成するまで、物理的空間における設計の各断面を次から次へと創出する、コンピュータ支援設計を取得する工程を含む。1つの実施の形態は、成形されたバッチ材料の仮想設計を得て、その設計を仮想の薄い水平断面に転換し、バッチ材料から得られる物理的空間における各断面を創出する、各工程を有してなる。ラピッドプロトタイピングの1つの例は、3D印刷である。   Molds of various shapes and dimensions can also be used to form batch materials through injection molding, compression molding, and casting, all of which are well known molding techniques. Rapid prototyping, which is the automatic creation of physical objects using solid freeform fabrication, may also be used to form batch materials. One advantage of rapid prototyping is that it can be used to create virtually any shape or form. Rapid prototyping is a computer-aided design that transforms a design into a virtual thin horizontal section, and then creates each section of the design in physical space from one to the next until its shape is complete Including obtaining a design. One embodiment includes the steps of obtaining a virtual design of the molded batch material, converting the design into a virtual thin horizontal cross section, and creating each cross section in the physical space obtained from the batch material. Do it. One example of rapid prototyping is 3D printing.

特定の実施の形態では、バッチ混合材料は未硬化の硬化性材料を含むことが望ましい。それらの実施の形態では、バッチ混合体の形成の際に、吸着体は、典型的には、例えば硬化可能な成分が硬化し、結果として硬化したバッチ混合体が形成されるような加熱処理などの硬化条件に供される。硬化したバッチ混合体は、未硬化の先行品よりも良好な機械特性を有する傾向にあり、したがって、その後の工程段階において、より扱いやすくなる。さらには、特定の理論に縛られることは意図しておらず、またはその必要はないが、硬化の工程は、結果的には、その後の炭化および活性化の工程の間に炭素の網状構造の形成を助長することができる、炭素骨格を有するポリマーの網状構造をもたらしうると考えられる。特定の実施の形態では、硬化は、一般に、大気圧下、空気中で、典型的には成形されたバッチ混合体を70℃〜200℃の温度で約0.5〜約5.0時間加熱することにより、行われる。特定の実施の形態では、バッチ混合体は低温からより高温へと、例えば70℃から90℃まで、125℃まで、150℃まで、段階的に加熱され、各温度は一定の時間、保持される。あるいは、特定の前駆体(例えば、フルフリルアルコールまたはフラン樹脂)を使用する場合、硬化は、室温で、酸添加剤などの硬化添加剤を加えることによっても達成することができる。硬化は、1つの実施の形態では、炭素における金属触媒の分散の均質性を保持する役割をしうる。 In certain embodiments, it is desirable for the batch mix material to include an uncured curable material. In those embodiments, during the formation of the batch mixture, the adsorbent is typically subjected to a heat treatment such that, for example, the curable component is cured, resulting in the formation of a cured batch mixture. It is subjected to curing conditions. The cured batch mixture tends to have better mechanical properties than the uncured predecessor and is therefore easier to handle in subsequent process steps. Further, while not intending to be bound by a particular theory, or need to do so, the curing process results in a carbon network during the subsequent carbonization and activation process. It is believed that a network of polymers having a carbon skeleton that can facilitate formation can be provided. In certain embodiments, curing is generally performed by heating the molded batch mixture at a temperature of 70 ° C. to 200 ° C. for about 0.5 to about 5.0 hours in air at atmospheric pressure. Is done. In certain embodiments, the batch mixture is heated stepwise from low to higher, for example from 70 ° C. to 90 ° C., to 125 ° C., to 150 ° C., each temperature being held for a certain period of time. . Alternatively, when using certain precursors (eg, furfuryl alcohol or furan resin), curing can also be achieved by adding a curing additive such as an acid additive at room temperature. Curing, in one embodiment, can serve to maintain the homogeneity of the metal catalyst dispersion in the carbon.

バッチ混合体の形成、その乾燥、またはその随意的な硬化の後、成形体は炭化のステップに供される。例えば、バッチ混合体(硬化または未硬化)は、O2が消耗された雰囲気下で、それを上昇する炭化温度に供することによって、炭化されうる。炭化温度は600〜1200℃の範囲であって差し支えなく、特定の実施の形態では、700〜1000℃の範囲である。炭化雰囲気は、不活性であって差し支えなく、主に、N2、Ne、Arなどの非反応性の気体、それらの混合物などを含む。O2が消耗された雰囲気下における炭化温度では、バッチ混合体に含まれる有機物質は炭素の残基を離すために分解される。予想されるように、高温の工程では、複合的な化学反応が生じる。このような反応として、とりわけ、次のものが挙げられる:
(i)炭素体を離すための炭素源材料の分解;
(ii)金属触媒源材料の分解;
(iii)硫黄源材料の分解;
(iv)硫黄源材料と炭素源材料との反応;
(v)硫黄源材料と炭素との反応;
(vi)硫黄源材料と金属触媒源材料との反応;
(vii)金属触媒源材料と炭素源材料との反応;および
(viii)金属触媒源材料と炭素との反応。
After formation of the batch mixture, its drying, or its optional curing, the shaped body is subjected to a carbonization step. For example, the batch mixture (cured or uncured) is in an atmosphere O 2 is depleted, by subjecting the carbonization temperature to rise it can be carbonized. The carbonization temperature can be in the range of 600-1200 ° C, and in certain embodiments is in the range of 700-1000 ° C. The carbonization atmosphere may be inert and mainly includes non-reactive gases such as N 2 , Ne, and Ar, a mixture thereof, and the like. At the carbonization temperature in an atmosphere depleted of O 2, the organic material contained in the batch mixture is decomposed to release carbon residues. As expected, complex chemical reactions occur in high temperature processes. Such reactions include, among others, the following:
(I) decomposition of the carbon source material to release the carbon body;
(Ii) decomposition of the metal catalyst source material;
(Iii) decomposition of the sulfur source material;
(Iv) reaction of the sulfur source material with the carbon source material;
(V) reaction of sulfur source material with carbon;
(Vi) reaction of the sulfur source material with the metal catalyst source material;
(Vii) reaction of metal catalyst source material with carbon source material; and (viii) reaction of metal catalyst source material with carbon.

ネット効果としては、とりわけ、次のものが挙げられる:
(1)金属触媒源材料および/または金属触媒の再分散;
(2)硫黄の再分散;
(3)硫黄源材料(硫酸塩、亜硫酸塩など)に由来する硫黄元素の形成;
(4)硫黄源材料(硫黄元素など)に由来する硫黄含有化合物の形成;
(5)酸化物の形態の金属触媒の形成;
(6)硫化物の形態の金属触媒の形成;
(7)金属触媒源材料の一部の還元。硫黄の一部(特に元素状態のもの)および金属触媒源材料の一部(KIなど)は、炭化の間の炭化雰囲気によって一掃されうる。
Net effects include, among others:
(1) Redispersion of the metal catalyst source material and / or metal catalyst;
(2) sulfur redispersion;
(3) Formation of sulfur elements derived from sulfur source materials (sulfates, sulfites, etc.);
(4) Formation of sulfur-containing compounds derived from sulfur source materials (such as elemental sulfur);
(5) formation of a metal catalyst in the form of an oxide;
(6) formation of a metal catalyst in the form of a sulfide;
(7) Reduction of part of the metal catalyst source material. Part of the sulfur (particularly in the elemental state) and part of the metal catalyst source material (such as KI) can be swept away by the carbonization atmosphere during carbonization.

炭化の工程は、結果的に、硫黄および金属触媒が分散された炭素体をもたらす。しかしながら、この炭化されたバッチ混合体は、典型的には、有毒物質の有効な吸着にとって所望の比表面積を有しない。高い比表面積を有する最終的な吸着体を得るため、炭化されたバッチ混合体をさらに活性化する。炭化されたバッチ混合体は、例えば、CO2、H2O、CO2とH2Oの混合物、CO2と窒素の混合物、H2Oと窒素の混合物、およびCO2と他の不活性ガスからなる群より選択される気体雰囲気下で、例えばCO2および/またはH2O含有雰囲気における上昇させた活性温度で、活性化させて差し支えない。雰囲気は、実質的に純粋なCO2またはH2O(蒸気)、CO2とH2Oの混合物、またはCO2および/またはH2Oと、窒素および/またはアルゴンなどの不活性ガスとの組合せであって構わない。窒素およびCO2の組合せの使用は、例えば、コスト削減をもたらしうる。CO2と窒素の混合物は、例えば、2%またはそれ以上という低いCO2含量で使用して差し支えない。典型的には、工程コストの低減には、5〜50%のCO2含量を有する、CO2と窒素の混合物が使用されうる。活性温度は600℃〜1000℃の範囲であって差し支えなく、特定の実施の形態では600℃〜900℃の範囲である。この工程の間に、炭化されたバッチ混合体の炭素構造の一部が穏やかに酸化され:

Figure 2010527288
The carbonization process results in a carbon body in which sulfur and the metal catalyst are dispersed. However, this carbonized batch mixture typically does not have the specific surface area desired for effective adsorption of toxic materials. In order to obtain a final adsorbent having a high specific surface area, the carbonized batch mixture is further activated. Carbonized batch mixture, for example, CO 2, H 2 O, CO 2 and H 2 O mixture, a mixture of CO 2 and nitrogen, H 2 mixture of O and nitrogen, and CO 2 and other inert gases It may be activated under a gas atmosphere selected from the group consisting of, for example, at an elevated activation temperature in a CO 2 and / or H 2 O containing atmosphere. The atmosphere is substantially pure CO 2 or H 2 O (vapor), a mixture of CO 2 and H 2 O, or CO 2 and / or H 2 O and an inert gas such as nitrogen and / or argon. It may be a combination. The use of a combination of nitrogen and CO 2 can lead to cost savings, for example. A mixture of CO 2 and nitrogen can be used, for example, with a low CO 2 content of 2% or more. Typically, to reduce process costs, a mixture of CO 2 and nitrogen having a CO 2 content of 5-50% may be used. The activation temperature can range from 600 ° C to 1000 ° C, and in certain embodiments ranges from 600 ° C to 900 ° C. During this process, part of the carbon structure of the carbonized batch mixture is gently oxidized:
Figure 2010527288

炭素体の構造のエッチング、ならびにナノスケールおよびマイクロスケールにおける複数の孔隙を画成する活性炭マトリクスの形成をもたらす。活性化条件(時間、温度、および雰囲気)は、所望の比表面積と組成を有する最終製品が製造されるように調整することができる。炭化の工程と同様に、この活性化工程が高温であることから、複雑な化学反応および物理的変化が生じる。活性化工程の終了時には、金属触媒は活性炭マトリクス全体に分散されていることが非常に望ましい。活性化工程の終了時には、金属触媒は、活性炭マトリクス全体に実質的に均質に分散されていることが非常に望ましい。活性化工程の終了時には、金属触媒は、孔隙の壁表面積の少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、または少なくとも80%に存在していることが非常に望ましい。活性化工程の終了時には、硫黄は、活性炭マトリクス全体に分散されていることが非常に望ましい。活性化工程の終了時には、硫黄は、活性炭マトリクス全体に実質的に均質に分散されていることが非常に望ましい。活性化工程の終了時には、硫黄は、孔隙の壁表面積の少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、または少なくとも80%に存在していることが非常に望ましい。 It results in the etching of the structure of the carbon body and the formation of an activated carbon matrix that defines multiple pores in the nanoscale and microscale. Activation conditions (time, temperature, and atmosphere) can be adjusted to produce a final product with the desired specific surface area and composition. Similar to the carbonization process, the high temperature of the activation process results in complex chemical reactions and physical changes. It is highly desirable that the metal catalyst is dispersed throughout the activated carbon matrix at the end of the activation process. It is highly desirable that at the end of the activation process, the metal catalyst is substantially homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix. It is highly desirable that at the end of the activation step, the metal catalyst is present in at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, or at least 80% of the pore wall surface area. At the end of the activation process, it is highly desirable that the sulfur be dispersed throughout the activated carbon matrix. It is highly desirable that at the end of the activation process, the sulfur is substantially homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix. It is highly desirable that at the end of the activation process, sulfur is present in at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, or at least 80% of the pore wall surface area.

特定の実施の形態によれば、バッチ混合材料は、活性化後に、吸着体が炭素、硫黄、および金属触媒以外に20重量%未満の無機材料(特定の実施の形態では10%未満、特定の他の実施の形態では5%未満)を含むように、選択される。 According to a particular embodiment, the batch mixed material, after activation, has an adsorbent of less than 20% by weight of inorganic material other than carbon, sulfur and metal catalyst (in certain embodiments less than 10%, certain In other embodiments less than 5%).

特定の実施の形態に従って、バッチ混合材料は、活性化後に、吸着体が炭素、硫黄、および金属触媒以外に、炭素、硫黄、および金属触媒の総重量に基づいて30重量%〜50重量%の無機材料を含むように、選択される。 According to certain embodiments, the batch mixture material, after activation, has an adsorbent of 30 wt% to 50 wt% based on the total weight of carbon, sulfur, and metal catalyst, in addition to carbon, sulfur, and metal catalyst. Selected to include inorganic material.

本発明の方法の特定の実施の形態では、すべての金属触媒源材料およびすべての硫黄源材料は、その場(in-situ)押出成形、鋳込み成形などのその場(in-situ)形成によってバッチ混合体中に含まれる。この方法は、とりわけ:
(a)活性炭体上に金属触媒および/または硫黄を充填するその後の工程(含浸など)を回避し、それにより、場合によっては工程段階を減らし、すべての工程歩留まりを増大し、工程コストを軽減し、
(b)典型的には含浸によって得られるものよりも、さらに均質な活性吸着部位(金属触媒および硫黄)の分散を吸着体にもたらし、
(c)金属触媒および硫黄の、耐久性のある、強固な固定を吸着体にもたらし、前記吸着体が、長期使用の間、処理すべき流体流れの流れに耐えることができるようにする、
という利点を有する。含浸は、結果的に、外側のセル壁に含浸させた種(金属触媒および硫黄など)の選択的分散、壁表面の大きい孔隙(マイクロメートル規模のものなど)をもたらしうる。ナノスケールの孔隙の割合が高い壁表面上への含浸させた種の充填は、時間がかかり、かつ困難でありうる。400〜2000m2・g-1の高い比表面積を有する活性炭の表面積の大部分は、ナノスケールの孔隙によるものである。したがって、典型的な含浸工程にとって、このような活性炭材料の比表面積の大部分に、含浸させた種の充填をもたらすことは困難であると考えられる。さらには、典型的な含浸工程は、大きい孔隙の存在する外側のセル壁および/または壁表面上に、含浸させた種の厚い比較的緻密な層をもたらし、それによって、より小さい孔隙の内または外の流体の通路を遮断し、活性炭の吸着機能を有効に低減する結果となると考えられる。さらには、吸着体における、典型的な含浸工程での含浸させた種の固定は、主に、比較的弱い物理的力によるものであり、流体流れにおける長期使用にとって不十分な場合がある。
In certain embodiments of the method of the present invention, all metal catalyst source materials and all sulfur source materials are batched by in-situ formation, such as in-situ extrusion, casting. Contained in the mixture. This method is notably:
(A) avoids subsequent processes (such as impregnation) of filling the metal catalyst and / or sulfur on the activated carbon body, thereby reducing process steps, possibly increasing all process yields and reducing process costs And
(B) typically than those obtained by impregnation results in a distribution of more homogeneous active adsorption sites (metal catalyst and sulfur) in the adsorber,
Of (c) a metal catalyst and sulfur, durable, resulted in a strongly fixed to the adsorbent, the adsorbent, while the long-term use, to be able to withstand the flow of the fluid stream to be processed,
Has the advantage. Impregnation can result in selective dispersion of species (such as metal catalyst and sulfur) impregnated on the outer cell walls, large pores on the wall surface (such as those on the micrometer scale). Filling impregnated seeds onto wall surfaces with a high proportion of nanoscale pores can be time consuming and difficult. Most of the surface area of activated carbon with a high specific surface area of 400-2000 m 2 · g −1 is due to nanoscale pores. Thus, for a typical impregnation process, it would be difficult to provide a large portion of the specific surface area of such an activated carbon material with the impregnated seed filling. Furthermore, a typical impregnation step results in a thick, relatively dense layer of impregnated species on the outer cell wall and / or wall surface where large pores are present, thereby reducing the size of the smaller pores or This is considered to result in effectively reducing the adsorption function of the activated carbon by blocking the passage of the outside fluid. Furthermore, the immobilization of the impregnated species in the adsorbent in a typical impregnation process is mainly due to relatively weak physical forces and may be insufficient for long term use in fluid flow.

それでもなお、特定の実施の形態では、すべての金属触媒および/または硫黄は、当然ながら実質的に均質に、活性炭マトリクス全体に分散されることを必要としない。これらの実施の形態では、すべての金属触媒源材料および硫黄源材料がバッチ混合体へとその場形成されるわけではない。活性化の工程の後、特定の金属触媒および/または硫黄の含浸の工程が行われるることが意図されている。あるいは、活性化の工程の後、硫黄含有および/または金属触媒含有雰囲気によって活性化体を処理する工程が行われてもよい。このような活性化後の金属触媒の充填は、例えば鉄アセチルアセトナートなどの有機金属化合物に基づいたものなど、炭化および/または炭化工程に耐えることができない金属にとって、特に有用である。   Nevertheless, in certain embodiments, it is not necessary that all metal catalyst and / or sulfur be substantially homogeneously dispersed throughout the activated carbon matrix. In these embodiments, not all metal catalyst source material and sulfur source material are formed in situ into the batch mixture. It is contemplated that after the activation step, a specific metal catalyst and / or sulfur impregnation step is performed. Alternatively, after the activation step, a step of treating the activated body with a sulfur-containing and / or metal catalyst-containing atmosphere may be performed. Such post-activation metal catalyst loading is particularly useful for metals that cannot withstand carbonization and / or carbonization processes, such as those based on organometallic compounds such as iron acetylacetonate.

本発明の活性化された吸着体が形成されると、それは、ペレット化、粉砕、積み付けによる組み立てなどの後仕上げの工程に供されうる。本発明のさまざまな形状および組成の吸着体は、次に、処理すべき流体流れないに配置される固定床に充填されうる。 Once the activated adsorbent of the present invention is formed, it can be subjected to post-finishing steps such as pelletizing, grinding, and assembly by stacking. The adsorbents of various shapes and compositions of the present invention can then be packed into a fixed bed that is placed in the absence of fluid flow to be treated.

本発明の別の態様は、押出成形されたバッチ混合体であって、
(I) 未硬化の、硬化可能なポリマー樹脂を含む炭素源材料と、
(II) 硫黄含有材料の粒子と、
(III) 元素または金属を含む化合物のいずれかの形態の金属触媒と、
を含み、
ここで、金属触媒は、押出成形されたバッチ混合体を形成する材料中に実質的に均質に分散される。
Another aspect of the present invention is an extruded batch mixture,
(I) a carbon source material comprising an uncured, curable polymer resin;
(II) particles of sulfur-containing material;
(III) a metal catalyst in any form of an element or a compound containing a metal;
Including
Here, the metal catalyst is substantially homogeneously dispersed in the material forming the extruded batch mixture.

本発明の押出成形バッチ混合体の特定の実施の形態に従って、硫黄含有材料の粒子は、押出成形されたバッチ混合体を形成する材料中に実質的に均質に分散される。   According to certain embodiments of the extrusion batch mixture of the present invention, the particles of sulfur-containing material are substantially homogeneously dispersed in the material forming the extruded batch mixture.

本発明の押出成形バッチ混合体の特定の実施の形態に従って、硫黄含有材料は、少なくとも50モル%の硫黄元素を含む。   According to a particular embodiment of the extrusion batch mixture of the present invention, the sulfur-containing material comprises at least 50 mol% elemental sulfur.

本発明の押出成形バッチ混合体の特定の実施の形態によれば、硫黄含有材料は、硫黄元素、硫酸塩、亜硫酸塩、硫化物、CS2、および他の硫黄含有化合物を含む。 According to certain embodiments of the extrusion batch mixture of the present invention, the sulfur-containing material comprises elemental sulfur, sulfate, sulfite, sulfide, CS 2 , and other sulfur-containing compounds.

本発明の押出成形バッチ混合体の特定の実施の形態によれば、押出成形されたバッチ混合物はさらに、
(IV) 結合剤材料;および/または
(V) 無機充填剤材料;および/または
(VI) 滑剤
を含む。
According to certain embodiments of the extrusion batch mixture of the present invention, the extruded batch mixture further comprises:
(IV) a binder material; and / or (V) an inorganic filler material; and / or (VI) a lubricant.

特定の実施の形態によれば、押出成形されたバッチ混合物は、炭素、硫黄含有無機材料、水および金属触媒以外に、20重量%未満の無機材料を含む。特定の実施の形態では10%未満、特定の他の実施の形態では5%未満である。   According to a particular embodiment, the extruded batch mixture contains less than 20% by weight of inorganic material in addition to carbon, sulfur-containing inorganic material, water and metal catalyst. In certain embodiments it is less than 10% and in certain other embodiments it is less than 5%.

特定の実施の形態によれば、押出成形されたバッチ混合物は、炭素、硫黄含有無機材料、水および金属触媒以外に、20重量%〜50重量%の無機材料を含む。特定の実施の形態では、材料は、800℃、特定の他の実施の形態では1000℃において、化学的に安定な耐熱性の無機材料である。   According to certain embodiments, the extruded batch mixture includes 20 wt% to 50 wt% inorganic material in addition to carbon, sulfur-containing inorganic material, water and metal catalyst. In certain embodiments, the material is a chemically stable, refractory inorganic material at 800 ° C. and in certain other embodiments at 1000 ° C.

特定の実施の形態によれば、押出成形されたバッチ混合物は、コージエライト、ムライト、シリカ、アルミナ、他の酸化物ガラス、他の酸化物セラミックス、他の耐熱材料、およびそれらの混合物および組合せから選択される耐熱性の無機材料を含む。特定の実施の形態によれば、耐熱性の無機材料はマイクロスケールの孔隙を含む。   According to certain embodiments, the extruded batch mixture is selected from cordierite, mullite, silica, alumina, other oxide glasses, other oxide ceramics, other refractory materials, and mixtures and combinations thereof Heat resistant inorganic material. According to certain embodiments, the refractory inorganic material includes microscale pores.

本発明をさらに、以下の非限定的な例によって説明する。   The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

実施例1
46%の液体フェノール性のレゾール樹脂、1%の潤滑油、13%のコージエライト粉末、9%の硫黄粉末、7%の鉄アセチルアセトナート、18%のセルロース繊維、5%のMethocel結合剤および1%のステアリン酸ナトリウムを用いて、押出成形組成物を配合した。この混合物を混合し、次いで押出成形した。押出成形されたハニカムを、次に、空気中、150℃で、乾燥および硬化させた後、窒素中で炭化し、二酸化炭素で活性化した。次に、活性炭ハニカムのサンプルを水銀除去能力について試験した。試験は、22μg・m-3の流入口の水銀元素濃度を用いて160℃で行った。水銀用のキャリアガスは、N2、SO2、O2およびCO2を含んでいた。ガスの流量は750ml/分であった。全水銀除去効率は86%であり、一方、水銀元素の除去効率は100%であった。
Example 1
46% liquid phenolic resole resin, 1% lubricant, 13% cordierite powder, 9% sulfur powder, 7% iron acetylacetonate, 18% cellulose fiber, 5% Methocel binder and 1 The extrusion composition was formulated with% sodium stearate. This mixture was mixed and then extruded. The extruded honeycomb was then dried and cured in air at 150 ° C., then carbonized in nitrogen and activated with carbon dioxide. The activated carbon honeycomb samples were then tested for mercury removal capability. The test was performed at 160 ° C. using an elemental mercury concentration at the inlet of 22 μg · m −3 . Carrier gas for mercury contained N 2, SO 2, O 2 and CO 2. The gas flow rate was 750 ml / min. Total mercury removal efficiency was 86%, while elemental mercury removal efficiency was 100%.

実施例2
別の押出成形組成物を実施例1と同様に押出成形したが、13%の代わりに12%のコージエライト粉末を用い、7%の鉄アセチルアセトナートの代わりに4%の鉄アセチルアセトナートおよび4%のヨウ化カリウムを用いた。活性化後、これらのサンプルは、90%の全水銀除去および100%の水銀元素除去を示した。したがって組成中のKIの存在は、効率を向上させた。
Example 2
Another extrusion composition was extruded as in Example 1, except that 12% cordierite powder was used instead of 13%, 4% iron acetylacetonate instead of 7% iron acetylacetonate and 4%. % Potassium iodide was used. After activation, these samples showed 90% total mercury removal and 100% elemental mercury removal. Therefore, the presence of KI in the composition improved efficiency.

実施例3
この実験では、押出成形物の組成は、59%のフェノール性レゾール樹脂、1%のリン酸、1%の油、9%の硫黄粉末、3%の鉄酸化物、19%のセルロース繊維、7%のmethocel結合剤および1%のステアリン酸ナトリウムであった。これらのサンプルを押出成形し、硬化し、炭化し、活性化し、実施例1のように水銀除去性能について試験した。水銀除去効率は、全水銀および水銀元素について、それぞれ87%および97%であった。
Example 3
In this experiment, the composition of the extrudate was 59% phenolic resole resin, 1% phosphoric acid, 1% oil, 9% sulfur powder, 3% iron oxide, 19% cellulose fiber, 7% % Methocel binder and 1% sodium stearate. These samples were extruded, cured, carbonized, activated, and tested for mercury removal performance as in Example 1. Mercury removal efficiencies were 87% and 97% for total mercury and elemental mercury, respectively.

実施例4
この実験では、6%のMnO2、13%のコージエライト、7%の硫黄、19%のセルロース繊維、5%のmethocel結合剤、1%のステアリン酸ナトリウム、47%のフェノール性レゾール樹脂、1%のリン酸および1%の油の組成と共に、マンガン酸化物を金属触媒源として使用した。この組成に基づいたサンプルの水銀除去効率は、全水銀および水銀元素について、それぞれ92%および98%であった。
Example 4
In this experiment, 6% MnO 2 , 13% cordierite, 7% sulfur, 19% cellulose fiber, 5% methocel binder, 1% sodium stearate, 47% phenolic resole resin, 1% Manganese oxide was used as the metal catalyst source with a composition of 1% phosphoric acid and 1% oil. The mercury removal efficiency of the sample based on this composition was 92% and 98% for total mercury and elemental mercury, respectively.

実施例5
実施例では、硫黄は、マンガンと組み合わせて、硫黄元素の代わりに、MnSとして加えた。組成は、15%のコージエライト、10%のMnS、20%のセルロース繊維、5%のmethocel結合剤、1%のステアリン酸ナトリウム、47%のフェノール性レゾール樹脂、および1%の油であった。
Example 5
In the examples, sulfur was added as MnS instead of elemental sulfur in combination with manganese. The composition was 15% cordierite, 10% MnS, 20% cellulose fiber, 5% methocel binder, 1% sodium stearate, 47% phenolic resole resin, and 1% oil.

硬化、炭化および活性化において、これらのハニカムの水銀除去効率は、全水銀および水銀元素について、それぞれ84%および93%であった。   In curing, carbonization and activation, the mercury removal efficiency of these honeycombs was 84% and 93% for total mercury and elemental mercury, respectively.

実施例6
MnSの代わりにモリブデン二硫化物(MoS2)を用いて、実施例5の実験を繰り返した。これらのサンプルは、全水銀および水銀元素について、それぞれ90%および96%の水銀除去効率を与えた。
Example 6
The experiment of Example 5 was repeated using molybdenum disulfide (MoS 2 ) instead of MnS. These samples gave 90% and 96% mercury removal efficiency for total mercury and elemental mercury, respectively.

これらの実施例は、本発明の吸着体が高い水銀除去効率を実証しうることを示している。本発明の吸着体はまた、燃焼排ガスおよび石炭ガス化などにおける流体からの、カドミウム、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素およびセレンなどの他の有毒物質の吸着に有用であろうことが予想される。 These examples show that the sorbent body of the present invention can demonstrate high mercury removal efficiency. The adsorbents of the present invention also contain cadmium, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic and the like from fluids such as flue gas and coal gasification It is expected to be useful for the adsorption of other toxic substances such as selenium.

実施例7
この実験では、押出成形物の組成は、14%の木炭、47%のフェノール樹脂、7%の硫黄、7%のマンガン酸化物、18%のセルロース繊維、5%のmythical結合剤および1%のナトリウム単体(separate)であった。これらのサンプルを、押出成形し、硬化し、炭化し、実施例1のように活性化した。
Example 7
In this experiment, the composition of the extrudate was 14% charcoal, 47% phenolic resin, 7% sulfur, 7% manganese oxide, 18% cellulose fiber, 5% mytical binder and 1% It was sodium alone (separate). These samples were extruded, cured, carbonized and activated as in Example 1.

次に、サンプルを水銀除去能力について試験した。試験は、24μg/m3の流入口の水銀元素濃度を用いて140℃で行った。水銀用のキャリアガスは、N2、HCl、SO2、NOx、O2およびCO2を含んでいた。ガスの流量は650ml/分であった。水銀除去効率は、全水銀および水銀元素の両方について、100%および99%であった。下記表IIを参照のこと。 The sample was then tested for mercury removal capability. The test was carried out at 140 ° C. using an elemental mercury concentration at the inlet of 24 μg / m 3 . The carrier gas for mercury contained N 2 , HCl, SO 2 , NO x , O 2 and CO 2 . The gas flow rate was 650 ml / min. Mercury removal efficiency was 100% and 99% for both total mercury and elemental mercury. See Table II below.

実施例8
この実施例では、押出成形物の組成は、16%の硬化硫黄含有フェノール樹脂、45%のフェノール樹脂、8%の硫黄、7%のマンガン酸化物、18%のセルロース繊維、4%のmythical結合剤および1%のナトリウム単体であった。これらのサンプルこれらのサンプルを、押出成形し、硬化し、炭化し、実施例1のように活性化した。
Example 8
In this example, the composition of the extrudate was 16% cured sulfur-containing phenolic resin, 45% phenolic resin, 8% sulfur, 7% manganese oxide, 18% cellulose fiber, 4% mytical bond. Agent and 1% sodium alone. These samples These samples were extruded, cured, carbonized and activated as in Example 1.

活性炭サンプルを実施例7のように試験した。水銀除去効率は、全水銀および水銀元素の両方について、100%および99%であった。下記表IIIを参照のこと。したがって、実施例7および8の両方が優れた水銀除去の結果を達成した。   Activated carbon samples were tested as in Example 7. Mercury removal efficiency was 100% and 99% for both total mercury and elemental mercury. See Table III below. Thus, both Examples 7 and 8 achieved excellent mercury removal results.

異なる成分を含むさまざまな吸着体を水銀除去効率について試験した。試験結果を下記表Iに記載する。本願におけるすべての表および図面において、Hg0またはHg(0)は水銀元素を意味し;HgTまたはHg(T)は、元素および酸化水銀を含む全水銀を意味し、Eff(Hg0)またはEff(Hg(0))は、水銀元素に関する瞬間の水銀除去効率を意味し、Eff(HgT)またはEff(Hg(T))は、すべての酸化状態における水銀に関する、瞬間の水銀除去効率を意味する。上述と同様に、Eff(Hg(x))は、下記のように計算される:

Figure 2010527288
ここで、それぞれ、所定の試験時間における、C0はHg(x)の流入口濃度であり、C1はHg(x)の流出口濃度である。 Various adsorbents with different components were tested for mercury removal efficiency. The test results are listed in Table I below. In all tables and drawings in this application, Hg 0 or Hg (0) means elemental mercury; Hg T or Hg (T) means total mercury including element and mercury oxide, Eff (Hg 0 ) or Eff (Hg (0)) means instantaneous mercury removal efficiency for elemental mercury, and Eff (Hg T ) or Eff (Hg (T)) is the instantaneous mercury removal efficiency for mercury in all oxidation states. means. As above, Eff (Hg (x)) is calculated as follows:
Figure 2010527288
Here, at a predetermined test time, C 0 is the inlet concentration of Hg (x), and C 1 is the outlet concentration of Hg (x).

表Iにおける試料番号CおよびDの比較は、MnSを含む吸着材料が、バッチ混合材料に硫黄元素が含まれない場合よりも、バッチ混合材料に硫黄元素を含む場合のほうが高い性能を有する傾向にあることをはっきりと示している。   Comparison of sample numbers C and D in Table I shows that the adsorbent material containing MnS tends to have higher performance when the batch mixture material contains elemental sulfur than when the batch mixture material does not contain elemental sulfur. It clearly shows that there is.

図1は、本発明に従った吸着剤の試験サンプルの水銀除去能力と、比較例の吸着剤の経時による比較グラフである。左側の縦軸は、試験した吸着剤の試験サンプルによって捕捉された、単位質量あたりの水銀(MSS、mg・g-1)の総量である。右側の縦軸は、試験した吸着剤の瞬間の水銀除去効率(Eff(Hg))であり、これは、測定し、上記式に従って計算された、瞬間の全水銀除去効率である。横軸は、サンプルが試験ガスに曝露された時間である。この図における一部のEff(Hg)のデータは、下記表IIIにも含まれている。本発明に従った吸着剤は、硫黄、金属触媒源としてその場押出成形されたMnO2、および無機充填剤として約45重量%のコージエライトを含む。サンプル2.2は、その場押出成形された金属触媒源を含まず、硫黄およびコージエライトに匹敵し、FeSO4およびKIを含浸させた、比較吸着剤である。曲線101および103は、それぞれ、本発明に従った吸着剤のEff(Hg)およびMSSを示す。曲線201および203は、それぞれ、比較吸着剤のEff(Hg)およびMSSを示す。この図および表IIIのデータから分かるように、吸着剤は、約20μg・m-3の全水銀を含む模擬的燃焼排ガスへの250時間の曝露後でさえも、水銀除去効率の急激な低下は見られず、飽和状態(または水銀の漏出点)に達するまで、吸着剤材料によって、かなり大量の水銀を捕捉できることを示唆した。曲線201および表IIIのデータは、比較吸着剤が、50時間以内に始まり試験終了時までの約70時間、瞬間水銀除去効率の急激な連続的降下を有し、吸着剤の早期の飽和を示唆することを示している。曲線103と203は、試験期間の早い段階では、ある程度重なっているが、203は約69時間で終了している。 FIG. 1 is a graph comparing the mercury removal ability of an adsorbent test sample according to the present invention and the time course of a comparative adsorbent. The left vertical axis is the total amount of mercury (MSS, mg · g −1 ) per unit mass captured by the test sample of the adsorbent tested. The right vertical axis is the instantaneous mercury removal efficiency (Eff (Hg)) of the adsorbent tested, which is the instantaneous total mercury removal efficiency measured and calculated according to the above equation. The horizontal axis is the time when the sample was exposed to the test gas. Some Eff (Hg) data in this figure is also included in Table III below. The adsorbent according to the present invention comprises sulfur, in situ extruded MnO 2 as the metal catalyst source, and about 45% by weight cordierite as the inorganic filler. Sample 2.2 is a comparative adsorbent that does not contain an in situ extruded metal catalyst source, is comparable to sulfur and cordierite, and impregnated with FeSO 4 and KI. Curves 101 and 103 show the Eff (Hg) and MSS of the adsorbent according to the present invention, respectively. Curves 201 and 203 show the Eff (Hg) and MSS of the comparative adsorbent, respectively. As can be seen from the data in this figure and Table III, the adsorbent does not show a sharp drop in mercury removal efficiency even after 250 hours of exposure to a simulated flue gas containing about 20 μg · m −3 of total mercury. It was not seen, suggesting that a significant amount of mercury could be captured by the adsorbent material until saturation (or mercury leakage point) was reached. The data in curve 201 and Table III indicate that the comparative adsorbent has a rapid continuous decline in instantaneous mercury removal efficiency for about 70 hours starting within 50 hours and ending the test, indicating early saturation of the adsorbent. It shows that Curves 103 and 203 overlap to some extent at an early stage of the test period, but 203 ends in about 69 hours.

図1は、その場押出成形された金属触媒源を含む、本発明のこの実施の形態の吸着剤が、含浸させた金属触媒源を有する吸着剤よりも、特に長時間、非常に高い水銀除去能力を有しうることを示している。特定の理論に縛られることは意図しない、または必要としないが、本発明の吸着剤の優れた性能は、金属触媒のより均質な分散、および、金属触媒よる、活性炭マトリクスの孔隙の遮断が少なさに起因すると考えられる。   FIG. 1 shows that the adsorbent of this embodiment of the present invention, which includes an in-situ extruded metal catalyst source, has a much higher mercury removal, especially for a longer time, than an adsorbent with an impregnated metal catalyst source. It shows that it can have the ability. While not intending or needing to be bound by any particular theory, the superior performance of the adsorbent of the present invention is a more homogeneous dispersion of the metal catalyst and less blockage of the pores of the activated carbon matrix by the metal catalyst. This is thought to be due to the lack of

図2は、本発明のさまざまな流入口の水銀濃度の1つの実施の形態にしたがった、吸着体の流入口の水銀濃度(CHg0)および流出口の水銀濃度(CHg1)を示すグラフである。このグラフは、本発明の特定の実施の形態の吸着体が、さまざまな水銀濃度(約70〜約25μg・m-3の範囲である)において、水銀を有効に除去することができることを、明確に示唆している。 FIG. 2 is a graph showing the inlet mercury concentration (CHg0) and outlet mercury concentration (CHg1) of the adsorber , according to one embodiment of the various inlet mercury concentrations of the present invention. This graph clearly shows that the adsorbent of certain embodiments of the present invention can effectively remove mercury at various mercury concentrations (ranging from about 70 to about 25 μg · m −3 ). To suggest.

図3は、その場押出成形された金属触媒を含む本発明にしたがった吸着体の断面の一部のSEM画像である。画像から、金属触媒または硫黄の選択的蓄積は見られない。図4は、活性化後に含浸された金属触媒を含む、比較吸着体の断面の一部のSEM画像である。セル壁上の材料の明確に視認できる白層は、含浸された金属触媒である。金属触媒の含浸された層のこの比較的高密な層は、セル壁の内側のマクロスケールおよびナノスケールの多くの孔隙内への進入を遮断し、比較吸着体のすべての性能を低下させうると考えられる。 FIG. 3 is an SEM image of a portion of a cross-section of an adsorbent according to the present invention comprising an in situ extruded metal catalyst. From the images, there is no selective accumulation of metal catalyst or sulfur. FIG. 4 is an SEM image of a portion of a cross-section of a comparative adsorbent containing a metal catalyst impregnated after activation. A clearly visible white layer of material on the cell walls is the impregnated metal catalyst. This relatively dense layer of metal catalyst impregnated layer can block entry into many macro-scale and nano-scale pores inside the cell wall and reduce all the performance of the comparative adsorbent. Conceivable.

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、さまざまな変更および代替を本発明になしうることは、当業者に認識されるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある、本発明の変更およびバリエーションにも及ぶことが意図されている。

Figure 2010527288
Figure 2010527288
Figure 2010527288
It will be appreciated by those skilled in the art that various modifications and alternatives can be made to the present invention without departing from the scope and spirit of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover modifications and variations of this invention that come within the scope of the appended claims and their equivalents.
Figure 2010527288
Figure 2010527288
Figure 2010527288

Claims (6)

活性炭マトリクスと、
硫黄元素として、または硫黄を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある硫黄と、
アルカリ土類の水酸化物と、
金属元素として、または金属を含む化合物または部分において、任意の酸化状態にある金属触媒とを含み、
前記金属触媒が前記活性炭マトリクス全体に分散されていて、かつ、マンガン又はモリブデンの硫化物から選択される吸着体。
An activated carbon matrix;
Sulfur in any oxidation state as elemental sulfur or in a compound or moiety containing sulfur; and
Alkaline earth hydroxide,
A metal catalyst in any oxidation state, as a metal element or in a compound or part containing a metal,
Wherein the metal catalyst is said be dispersed throughout the activated carbon matrix, and are selected from sulfides of manganese or molybdenum, adsorbent.
前記硫黄の少なくとも一部が前記活性炭マトリクスの少なくとも一部の炭素に化学結合することを特徴とする、請求項1記載の吸着体。The adsorbent according to claim 1, wherein at least a part of the sulfur is chemically bonded to at least a part of carbon of the activated carbon matrix. 硫黄元素を含むことを特徴とする、請求項1記載の吸着体。The adsorbent according to claim 1, comprising elemental sulfur. 前記金属触媒が前記吸着体と接触する流体からの1種類以上の次の有毒物質:One or more of the following toxic substances from the fluid in which the metal catalyst contacts the adsorbent:
カドミウム、水銀、クロム、鉛、バリウム、ベリリウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、亜鉛、銅、マンガン、アンチモン、銀、タリウム、ヒ素およびセレンの除去を促進し、Promotes removal of cadmium, mercury, chromium, lead, barium, beryllium, nickel, cobalt, vanadium, zinc, copper, manganese, antimony, silver, thallium, arsenic and selenium,
前記有毒物質が、任意の酸化状態、かつ、元素の形態であるかまたは前記元素を含む化合物であることを特徴とする、請求項1記載の吸着体。  The adsorbent according to claim 1, wherein the toxic substance is in an arbitrary oxidation state and is in the form of an element or a compound containing the element.
ハニカム・モノリスの形態であることを特徴とする請求項1記載の吸着体。The adsorbent according to claim 1, which is in the form of a honeycomb monolith. 前記金属触媒の少なくとも一部が、前記硫黄の少なくとも一部と化学結合していることを特徴とする、請求項1記載の吸着体。The adsorbent according to claim 1, wherein at least a part of the metal catalyst is chemically bonded to at least a part of the sulfur.
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