一种气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法.pdf

本发明涉及一种气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法。以蛭石为原料，用盐酸浸渍液对蛭石进行改性处理，即用2-6mol/L盐酸按固液比1∶2-4与蛭石进行混合搅拌，然后放置6-8小时，再把混合物置于加热炉中在105-110℃活化20-24小时，然后取出磨碎至小于200目，再置于加热炉中烘干至含水率小于5％，制得改性蛭石吸附剂。该吸附剂对于脱出燃煤烟气或者其他工业尾气当中微量气态单质汞的效果优于活性炭。对单质汞含量＜100ug/m3的尾气净化时，其对单质汞的吸附容量可达3.2ug/g-6.0ug/g。特别适用于烟气尾气中汞排放控制的场合，如燃煤电厂、垃圾焚烧锅炉和一些化工生产厂家。

1、  一种气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法，其特征在于：其按以下技术方案实施，
以蛭石为原料，破碎至小于120目，用浓度为2-6mol/L的盐酸按固液重量比1∶2-4与蛭石混合搅拌均匀，然后浸渍陈化6-8小时；把混合物置于加热炉中在105-110℃温度下活化20-24小时；然后取出磨碎至小于200目，再置于电阻炉中烘干至含水率＜5wt％，得到产品吸附剂。

2、  根据权利要求1所述的气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法，其特征在于，原料化学成分重量百分比为SiO₂ 37～42％，Al₂O₃ 9～17％，Fe₂O₃ 5～18％，MgO 11～23％，H₂O 5～11％，总量100％。

一种气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种气态单质汞污染净化处理技术。属于化学吸附剂的制备领域。
二、背景技术
汞在煤中是微量元素，但是它可能造成的环境污染却是人们特别关注的问题。美国环保总署和联合国最近的数据分析显示，全球每年自然排放和人为排放汞大约是4400-7500t，其中美国人为排放汞大约占全球总汞排放的3％(132-225t/yr)，其中燃煤电厂汞的排放占全球总汞排放的1％，即占美国人为汞排放的33％(44-75t/yr)。从燃煤锅炉中释放的汞有三种形式：单质汞(Hg⁰)，氧化态的汞(Hg⁺和Hg²⁺)和颗粒态的汞。由于二价汞的化合物具有很高的水溶性，颗粒态汞可以被除尘器所捕获，所以这两种形态的汞相对是比较容易除去的，而单质汞由于容易在大气中通过长距离的大气运输，而形成全球性的汞污染，它在大气中的平均停留时间长达半年至两年，是最难控制的形态之一。因此，对单质汞污染的控制成了当前研究的重点和难点。2005年3月15日，美国环保署宣布了“大气清洁汞法案”，目的就是长期控制燃煤电厂汞的排放问题，目标就是到2010年汞排放量控制在38吨之内，到2018年汞排放量控制在15吨之内，比1999年的排放量减少将近70％。
在我国煤作为一次能源，它的利用方式在我国主要是燃烧，我国每年生产煤炭的84％直接用于燃烧。长期以来，煤炭在我国能源消费结构中的比例一直很高。根据预测，到2015年，煤炭还要占62.6％，即使到了2050年，煤炭仍占50％以上。所以不仅现在，而且在相当长的一个时期内，我国以煤炭为主的能源消费结构将难以改变。由此可见燃煤汞的污染控制问题是继SO₂和NOx之后的又一个比较值得人类关注的问题。
目前国内外对气态微量单质汞的控制方法主要集中在吸附剂吸附脱除方面。其中研究较多较为成熟的就是活性炭吸附技术。用活性炭吸附烟气中的汞可以通过以下两种方式：一种在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭；另一种是将烟气通过活性炭吸附床。直接采用活性碳吸附除汞效率较高，活性碳中也经常被注入一些化学物质，常用的化学物质有碘、氯、溴和硫等的化合物，用以增强活性碳对单质汞的吸附作用。目前对单质汞的脱除主要集中在吸附剂添加剂的研究上。研究者都希望通过添加某种试剂大大增加吸附剂对单质汞的吸附量，虽然研究也已经取得了一定的成果。但是，由于利用活性炭吸附方法成本过高，燃煤电站很难承受，改性活性炭一方面增加了活性炭的成本，另一方面由于技术方面的原因又难以大规模的制造。所以成为此项技术进一步推广应用的障碍。
此外，燃煤过程中产生的飞灰也能吸附烟气中的汞，飞灰也是影响烟气中汞的形态分布的一个重要因素。研究表明，飞灰中含碳量高对汞的吸附是很有利的。但也有研究认为，大幅度增加飞灰的含碳量并不能提高吸附汞的能力。
在燃煤烟气汞污染治理研究投入力度较大的美国，美国环保局(EPA)已经采用钙基类物质(如CaO、Ca(OH)₂、CaCO₃、CaSO₄.2H₂O等)研究汞的脱除。研究发现，钙基类物质对汞的脱除效率与烟气中汞存在的化学形式有很大关系，Ca(OH)₂对HgCL₂的吸附效率可达到85％，含CaO的碱性吸附剂对HgCL₂的吸附效果也很好，但是钙基吸附剂对单质汞的吸附效率却很低。因此对燃煤烟气中汞的去除效果并不理想。目前有关钙基吸附剂的研究尚处于实验室研究阶段，还未用于工业实践。
在开发烟气除汞吸附剂中，研究者们也有用沸石、高岭土、钛类氧化物、贵金属等作为吸附剂研究对汞的脱除，美国PSI用沸石材料作为工业锅炉汞排放控制的吸附剂。目前正致力于找到适合的添加剂，以使得大幅度提高沸石对汞的吸附能力。
除此之外，等离子体技术也被用于燃煤烟气汞的去除研究。等离子体处理燃煤烟气中SO₂、NO_x已有成功的应用。由于燃煤烟气中汞的浓度很低，难以捕获，等离子体用于烟气除汞的研究并不多。
发明专利CN1059673A发明一种HZSM-5沸石/蛭石催化剂，是一种用沸石有机地嵌生在天然蛭石上的新型沸石催化剂，应用于二甲苯的异构化，含有乙苯的二甲苯的异构化、甲苯岐化、甲醇甲苯烷基化及丙烯芳构化反应。
发明专利CN101049942A发明一种蛭石水溶胶及其制备方法和应用，能在符合材料中均匀分散，可直接涂敷于各种材料表面，对材料形成有效保护的蛭石水溶胶及其制备方法和应用。主要应用于防火隔热材料、蔬菜水果的保鲜包装材料，印染废水，含重金属废水等废水的处理。
三、发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种气态单质汞吸附净化吸附剂的制备方法，以蛭石为原料，用盐酸浸渍液对蛭石进行改性处理，把Hg⁰氧化成Hg²⁺加以去除，再在105-110℃温度下活化，得到适用于脱出燃煤烟气或者其他工业尾气当中微量气态单质汞的吸附剂。对含单质汞＜100ug/m³的尾气净化时，其对单质汞的吸附容量可达3.2ug/g-6.0ug/g。
本发明的目的之二在于，提供上述吸附剂的应用条件。
技术方案：
本发明以蛭石为原料，其化学成分重量百分比为：SiO₂ 37～42％，Al₂O₃9～17％，Fe₂O₃ 5～18％，MgO 11～23％，H₂O 5～11％，总量100％；将原料破碎至小于120目，用浓度为2-6mol/L的盐酸按固液重量比1∶2-4与蛭石混合搅拌均匀，然后浸渍陈化6-8小时；把混合物置于加热炉中在105-110℃温度下活化20-24小时；然后取出磨碎至小于200目，再置于电阻炉中烘干至含水率＜5wt％，得到产品吸附剂。
用此方法所制得的吸附剂，对含微量单质汞(＜100ug/m³)的尾气净化时，常温下单质汞的吸附容量可达3.2ug/g-6.0ug/g。
与公知技术相比具有的优点及积极效果：
本发明采用盐酸浸渍液对蛭石进行改性处理，从而把较难去除的Hg⁰氧化成Hg²⁺加以去除。通过研究表明改性之后的蛭石吸附剂其脱除汞的效率可达3.2ug/g-4.8ug/g，特别在120℃-200℃高的温度下改性蛭石对汞的吸附能力有利，但是在此较高的温度下对活性炭吸附汞是不利的，活性碳的最佳吸附温度是低于100℃，而实际燃煤烟气经余热利用后尾气温度约在100℃-250℃，所以利用蛭石作为燃煤烟气汞的吸附剂是有利的，比活性碳具有更好的适用性。本吸附剂可广泛应用于高温燃煤烟气和其他工业废气中微量气态单质汞的吸附净化，特别适用于烟气尾气中汞排放控制的场合，如燃煤电厂、垃圾焚烧锅炉和一些化工生产厂家。
四、具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。
实施例1
将蛭石化学成分重量百分比为：SiO₂：32.45％，Al₂O₃：15.53％，Fe₂O₃ 23.85％，MgO 12.85％，CaO 2.28％，K₂O 2.36％，H₂O 10.68％浮选除杂后粉碎研磨过120目筛。称取2g蛭石加入4.8ml的4mol/L盐酸(每升≈1000克)溶液中，搅拌均匀，静置浸渍陈化6小时，然后将其放在容器中置于电阻炉中在105℃～110℃温度下活化20h，然后取出磨碎至《200目，再次放置于电阻炉中烘至含水率＜5wt％得到产品吸附剂。
实施例2
将蛭石(化学成分与例1相同)浮选除杂后干燥粉碎，研磨过120目筛。称取2g蛭石加入5.0ml的2mol/L盐酸溶液中，搅拌均匀，静置浸渍陈化8小时，然后将其放在容器中置于电阻炉中在110℃条件下活化24h，然后取出磨碎至小于200目，再次放置于电阻炉中烘2h后得到产品吸附剂。
实施例3
按实例1所制备吸附剂，吸附条件为汞入口浓度72.59ug/m³，吸附剂粒度为小于200目，反应空速7000hr^-1，吸附温度选用25℃-30℃，吸附容量为5.5ug/g吸附剂，而未改性蛭石原土同样条件下吸附容量仅为1.16ug/g。
实施例4
本发明蛭石吸附剂与活性炭吸附剂吸附能力对比。按实例1制备吸附剂，吸附条件为汞入口浓度34.8ug/m³，反应空速7000hr^-1，吸附剂颗粒均取小于200目，反应温度140℃。结果活性碳吸附容量为3.2ug/g吸附剂，本发明吸附剂的汞吸附容量为8.3ug/g吸附剂。