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1、(10)申请公布号 CN 103949152 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103949152 A (21)申请号 201410165861.5 (22)申请日 2014.04.23 B01D 53/83(2006.01) B01D 53/88(2006.01) B01D 53/75(2006.01) B01D 53/64(2006.01) B01J 23/52(2006.01) B01J 27/047(2006.01) B01J 27/04(2006.01) C01G 41/00(2006.01) C01G 11/02(2006.01) D06B 21/00(2006.。
2、01) D06B 1/02(2006.01) D06B 3/10(2006.01) (71)申请人 林小晓 地址 100742 北京市东城区东长安街 14 号 10 号楼 申请人 车道岚 (72)发明人 傅国琳 (74)专利代理机构 天津天麓律师事务所 12212 代理人 卢枫 (54) 发明名称 一种消除烟气中重金属的方法及纳米烟气脱 重金属装置 (57) 摘要 一种消除烟气中重金属的方法 ： (1) 将纳米 材料嵌入纤维基体上 ； (2) 使含有重金属的烟气 通过嵌有纳米材料的纤维基体 ； (3) 纳米材料与 烟气中的重金属反应， 捕获烟气中的重金属。 一种 纳米烟气脱重金属装置， 其特征。
3、在于它包括嵌有 纳米材料的纤维基体。优越性 ： 1、 本发明可以排 除由燃煤废气中产生的汞和其他重金属物质， 如 铅 ； 2、 本发明的回收的利益远超过设备本身的运 行成本， 使用者可获得更多的利润 ； 3、 本发明可 适用的工业市场包括水泥厂、 钢铁厂、 市政府废物 燃烧厂、 医疗废物燃烧厂、 氯气制造厂、 纸浆和纸 张生产厂等 ； 4、 本发明的装置利用风扇旋转来产 生离心力， 以确保烟气完全的混合并且不产生任 何背压。 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 11 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书11页 附图。
4、6页 (10)申请公布号 CN 103949152 A CN 103949152 A 1/4 页 2 1. 一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于它包括以下步骤 ： (1) 将纳米材料嵌入纤维基体上 ； (2) 使含有重金属的烟气通过嵌有纳米材料的纤维基体 ； (3) 纳米材料与烟气中的重金属反应， 捕获烟气中的重金属。 2. 根据权利要求 1 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述将纳米材料嵌 入纤维基体上的方法为 ： 在纤维基体上附着粘合剂 ； 在粘合剂变干之前， 将纳米材料由纳米喷雾器喷洒在织物 上 ； 在纳米材料被喷上之后， 放置在室温下至少 24 小时， 使之完全固化 ；。
5、 或者， 所述将纳米材料嵌入纤维基体上的方法为 ： 直接装载纳米材料在纤维基体上 ： 将纳米材料悬浊在挥发性溶剂中 ； 将纤维基体浸透在纳米材料悬浊液中， 或将纳米材料通 过喷雾器喷洒在纤维基体上 ； 将附着有纳米材料的纤维基体在 500 度的烤箱中进行 3 至 4 小时的加热处理 ； 在溶液蒸发后， 纳米线和纳米颗粒将会与纤维网交织在一起 ； 冷却至室 温后， 纳米材料将被安全的锁在纤维基体中。 3. 根据权利要求 2 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述挥发性溶剂为 乙醇或乙酸乙酯。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述纳米材料 为附。
6、在纳米载体颗粒上的金纳米粒子、 附在纳米载体颗粒上的 WS2纳米粒子或 CdS 纳米线。 5. 根据权利要求 4 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述附在纳米载体 颗粒上的金纳米粒子的合成方法为 ： 将 2 到 4 摩尔 /L 的 HAuCl4 溶于蒸馏水中 ； 用过筛后 100 至 200 微米直径的 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2作为纳米载体， 加入到金溶液中 ； 将溶液加热至 70 摄氏度， 然后让它老化 (需要被存储的一段时间， 以获得所期望的品质)20到40分钟 ； 冷却到40摄氏度， 加入30 NH3 ； 过滤并用水洗涤， 在 100 度烘箱中干燥至少 12 小。
7、时 ； 然后在空气中 350煅烧至少 4 小时 ； 得到附在纳米载体 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2颗粒上的 Au 纳米颗粒， 即 Au-TiO2金 - 二 氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3； 或者， 用沉积加载 (DP) 的技术 ： 用蒸馏水制备 0.1 到 0.5 摩尔 /L 的氯金酸溶液 ； 将溶 液以 10 毫升 / 分钟的速度缓慢并搅拌的加入到 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2纳米载体的悬浮液 中 ； 加温至65并保持至少1小时， 然后冷却至室温 ； 添加1摩尔/L的NH4OH， pH调节至7 ； 缓慢搅拌至少 2 小时 ； 过滤后用热水洗涤。
8、， 在 80烤箱中烘干至少 12 小时 ； 然后在空气中 180煅烧至少 4 小时， 得到附在纳米载体 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2颗粒上的 Au 纳米颗粒， 即 Au-TiO2金 - 二氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3。 6.根据权利要求5所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述Au-TiO2金-二 氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3中 Au 的质量百分比为少于 5。 7. 根据权利要求 4 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述附在纳米载体 颗粒上的 WS2纳米粒子的合成方法 ： 按照溶质与溶剤的质量与体积 。
9、(W/V) 比大于 50 比例， 将摩尔比 1:18 20 的 (NH4)6W7O244H2O 和 Na2S9H2O 添加到的 0.8mol/L 的 HCl 中， 剧烈搅拌的溶液 ； 80下加 热至少 0.5 小时 ； 然后加入与 Na2S9H2O 等摩尔量的 NH2OHHCl 到溶液中， 同时剧烈搅拌至少 1 小时 ； 权 利 要 求 书 CN 103949152 A 2 2/4 页 3 在超声发生器里用高于 20 千赫 ( 每秒 20,000 次 ) 超声处理 10 分钟 ； 用去离子水洗涤数次以除去反应物的残留物， 通过离心分离得到黑色粉末 ； 在空气中干燥， 得到最终产物 WS2粉末，。
10、 即为 WS2纳米粒子。 8. 根据权利要求 7 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于 WS2纳米粒子使用 前需在一个 400oC 充满氮气的马弗沪内烘焙 2 小时以功能化。 9. 根据权利要求 7 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于将 WS2纳米粒子与 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2纳米载体按质量比 1:20-50 在水中混合， 慢慢搅拌至少 1 小时， 然后 400 度以上干燥至少 2 小时， 得到附在纳米载体颗粒上的 WS2纳米粒子。 10.根据权利要求4所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述CdS纳米线的 合成方法为 ： 在 picoclave 高压。
11、力反应器中放入甲苯， 蒸馏水， 和 1， 12 烷硫醇， 以体积比 20 ： 2 ： 1 混 合 ； 加入1:1摩尔比的氯化镉和硫脲酸 ； 将高压釜保持在180摄氏度进行反应24小时， 然后 使其冷却至室温 ； 一种黄色的粉末会沉淀， 收集沉淀粉物后用乙醇和蒸馏水洗涤以除去残 留的有机溶剂 ； 最终的产物在真空 70干燥至少 6 小时， 得到 CdS 纳米线 ； 或者， 首先将 0.16 0.20M 的硫酸镉加入到不断搅拌下的 7 8 摩尔 /L 氨水溶液中 ； 在此之后， 在强力的搅拌之下缓慢的加入 0.6 0.8M 的硫脲酸 ； 将溶液加温至 65， 而且 pH保持在9-11， 强力的搅拌。
12、50-70分钟 ； 然后将沉淀的黄色固体离心后收集， 并在烘箱中干 燥， 65保持至少 4 小时， 得到 CdS 纳米线。 11. 根据权利要求 10 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述 CdS 纳米线 使用前在乙醇中超声处理。 12. 根据权利要求 1 或 2 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述纤维基 体为间位芳纶 Meta-aramid、 聚四氟乙烯 PTFE、 聚苯硫醚 PPS、 聚苯并咪唑 PBI、 聚酰亚胺 ployimide、 RY805 纤维和 PC102 纤维， 或者无纺纤维， 所述无纺纤维为尼龙 66、 聚酯或聚氨 酯。 13. 根据权利要求 1 。
13、所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述重金属为汞 或铅。 14.根据权利要求1所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述步骤(3)中纳 米材料为附在纳米载体颗粒上的金纳米粒子， 金(Au)元素与重金属元素汞(Hg0)和铅(Pb0) 具有高亲和力， 能够形成化学键， 从而将重金属元素捕捉 ； 纳米材料为附在纳米载体颗粒上 的WS2纳米粒子或CdS纳米线， 通过金属配体电荷转移MLCT原理捕捉重金属元素 ： WS2和CdS 在化学结构的特性上是介于离子化合物和共价化合物之间 ； 金属W和Cd的特性表现就像刘 易斯酸， 而非金属无机配体 S 的特性表现就像刘易斯碱 ； 电子集中在无机。
14、配体上， 使部分的 无机配体成为负电荷 ； 无机配位体会吸引重金属元素， WS2、 CdS 会吸引烟气中的铅离子， 元 素铅和元素汞。 15.根据权利要求1所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述步骤(3)中嵌 有纳米材料的纤维基体所捕获的重金属中的汞通过由巯基丙酸和 2,6- 吡啶二羧酸合成的 液体来浸泡过滤器将重金属洗脱出来 ； 所捕获的重金属中的金属铅 (Pb0) 会被转换成氢氧 化铅 Pb(OH)2； 氢氧化铅可用稀醋酸或稀硝酸轻易的洗出。 16. 根据权利要求 1 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述含有重金属 权 利 要 求 书 CN 103949152 A 3。
15、 3/4 页 4 的烟气通过嵌有纳米材料的纤维基体之前通入反应容器中进行预处理 ； 所述反应容器中加 入含有芬顿试剂且使用 - 羟基酸调节 pH 值至小于等于 3 的溶液 , 所述芬顿试剂包含能 发生光助芬顿反应的金属系统和过氧化氢 ； 所述溶液配置过氧化氢与水的质量百分比为 3 5 ； 过氧化氢与金属系统摩尔比大于等于 10 ： 1 ； 根据金属系统的光吸收峰， 在反应容器中设置光照系统 ； 烟气通入反应容器， 与芬顿试剂充分接触反应， 使汞元素转化为汞离子 ； 将反应后溶液导出， 并定时监测导出溶液中芬顿试剂的浓度， 根据监测的情况， 添加新 的含有芬顿试剂的溶液使溶液成分保持稳定 ； 将。
16、净化后的气体排出反应容器。 17. 根据权利要求 16 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述金属系统 为 Fe(II)/F(III) 系统或 Cu(I)/Cu(II) 系统 ； 当金属系统为 Fe(II)/F(III) 系统时， 则光 照为波长为 200nm 400nm 的紫外光 ； 当金属系统为 Cu(I)/Cu(II) 系统时， 光照为波长为 600nm 800nm 的可见光。 18. 根据权利要求 17 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述 Fe(II)/ F(III)系统由直径小于20纳米的FeSO4和Fe3O4颗粒构成 ； 所述Cu(I)/Cu(II)系统由直。
17、径 小于 20 纳米的 Cu2O 和 CuSO4颗粒构成。 19. 根据权利要求 16 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述 - 羟基酸 为乙醇酸、 丙酮酸或乳酸。 20. 根据权利要求 16 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述过氧化氢的 消耗量通过定期收集样品被密切的监测， 并且使用碘 / 高锰酸钾 (I/KMnO4) 滴定法观察过 氧化物的消耗率。 21. 根据权利要求 16 所述一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于所述反应容器中 气体直接通入液体以增加烟气与液体接触的面积和时间， 或者液体通过喷淋装置喷出以增 加烟气与液体接触的面积和时间 ； 或者两种方式同。
18、时使用。 22. 一种实现权利要求 1 所述消除烟气中重金属的方法的纳米烟气脱重金属装置， 其 特征在于它包括嵌有纳米材料的纤维基体。 23. 根据权利要求 22 所述一种纳米烟气脱重金属装置， 其特征在于所述嵌有纳米材料 的纤维基体设置在离心风扇上 ； 所述嵌有纳米材料的纤维基体附着在离心风扇的扇叶上， 或者设置在倾斜扇叶之间 ； 所述倾斜扇叶的倾斜角度为 30-45 度 ； 所述离心风扇由框架和 扇叶构成， 扇叶通过， 扇叶通过中心轴和轴套与框架连接与框架连接 ； 所述框架和扇叶是由 镍 - 钼合金、 铝合金或不锈钢制成。 24. 根据权利要求 22 所述一种纳米烟气脱重金属装置， 其特征。
19、在于所述纳米材料为附 在纳米载体颗粒上的金纳米粒子、 附在纳米载体颗粒上的 WS2纳米粒子或 CdS 纳米线 ； 所述纤维基体为间位芳纶 Meta-aramid、 聚四氟乙烯 PTFE、 聚苯硫醚 PPS、 聚苯并咪唑 PBI、 聚酰亚胺 ployimide、 RY805 纤维 (GE Energy BHA Group) 和 PC102 纤维 (GE Energy BHA Group)， 或者无纺纤维， 所述无纺纤维为尼龙 66、 聚酯、 聚氨酯等合成纤维。 25.根据权利要求22或23所述一种纳米烟气脱重金属装置， 其特征在于所述一种纳米 烟气脱重金属装置的输入端连接光能仓的输出端， 光能仓。
20、包括光能仓体、 光能仓进气口、 光 能仓出气口、 光能仓进液口、 气液混合通道、 光能仓抽水泵、 光能仓出液口、 光能仓喷淋装置 和光照设备， 所述光能仓进气口和光能仓出气口设置在光能仓体的上部， 所述光能仓进液 权 利 要 求 书 CN 103949152 A 4 4/4 页 5 口设置在光能仓体的中部， 所述光能仓出液口设置在光能仓体的底部， 所述气液混合通道、 光能仓喷淋装置和光照设备位于光能仓体内， 气液混合通道的输入端连接光能仓进气口， 气液混合通道的输出端位于光能仓体下部接近仓底的位置， 所述光能仓抽水泵通过管道连 接光能仓体底部的输出端和光能仓喷淋装置的输入端 ； 所述预处理仓出。
21、气口连接光能仓进 气口。 26. 根据权利要求 25 所述一种纳米烟气脱重金属装置， 其特征在于所述光能仓体由不 锈钢金属板制成， 光能仓体内壁上涂有防腐涂层 ； 所述光能仓体的侧壁上设置光能仓液位 器， 光能仓体顶部设置光能仓检修盖 ； 所述光照设备为石英管紫外灯或可见光灯。 权 利 要 求 书 CN 103949152 A 5 1/11 页 6 一种消除烟气中重金属的方法及纳米烟气脱重金属装置 ( 一 ) 技术领域 ： 0001 本发明涉及一种废气处理方法及装置， 尤其是一种消除烟气中重金属的方法及纳 米烟气脱重金属装置。 ( 二 ) 背景技术 ： 0002 燃煤电厂是空气中重金属 ( 如。
22、汞、 铅 ) 含量的最大污染源， 汞、 铅污染会严重侵害 儿童神经系统的发育而造成儿童智力的严重损坏。2011 年美国环保局局长签属了一份关 于减少空气中有毒物质的法律政策， 规定在 2016 年所有燃煤和燃油发电机的汞的脱除率 必需达到 91。美国每年约有将近 117 吨的汞排放量 ； 而美国每一个燃煤电厂每年至少花 600 万 700 万美元来消除汞的排放， 但是目前为止美国对于汞的脱除率只能达到 40 70的效率。同样， 铅的脱除也存在类似的问题。 0003 世界环境污染最严重的国家是印度， 其次是中国， 然后是美国及欧洲。以汞为例， 现今中国汞的年排放量大约是一千吨， 将近于美国年排放。
23、量的 10 倍！而据调查， 国内目前 尚无任何成型的脱汞工艺和设施！许多国际研发公司正努力发展和改善利用活性碳作为 吸附剂的方法来控制汞废气的排放。但是不管你再如何改善吸附剂， 它仍然只是一个利用 物理性质来过滤的方法。而且活性碳制标不治本， 它会对环境造成第二次污染。 0004 根据中国当地科学家出版的文章披露北、 上、 广和沿海地区由于燃煤电厂排放汞 污染已达到非常严重的地步， 有些区域甚至达到危险范围。水源污染不能简单的含盖所有 工业废水的污染， 各燃煤企业排放的有毒有害废气经过大气环流以降雨的方式同样污染着 江河大地甚至海洋。根据美国环保局 2012 年所做的调查， 世界上 10 个由。
24、于燃煤工业导致 空气污染最严重的城市主要分布在中国和印度。 0005 由于有毒有害物质自身的漂移个性， 我们可以不用怀疑地确信世界环保法则将会 深深的锲入到各个领域包括 ： 政治、 外交、 经济、 贸易！ 0006 虽然汞存在于煤中的含量只有微量， 但在燃烧过程中释放进大气时， 它可以利用 多种方式进入附近的水系统并积聚在鱼类中， 制造潜在的人类健康问题。面临的挑战是， 汞会以不同的化学形式从燃煤锅炉中被释放， 这取决于煤的类型与焚烧设备的种类。烟 气中的汞 (Hg) 存在三种不同的形式， 元素汞 (Hg0)、 氧化汞 (Hg+1与 Hg+2)、 与颗粒结合汞 (Hgp)。元素汞在煤燃烧过程中。
25、被释放， 当烟气冷却时， 它会因天然煤中过量的氯气而转化 成HgCl2(以Hg+1与Hg+2的形式)。 另外的元素汞和氧化汞均可依附在飞尘颗粒的固体表面， 而形成颗粒态汞。氧化汞与颗粒态汞容易通过污染控制技术来捕获 ； 然而、 元素汞极易挥 发， 并具有非常低的水溶解度， 这使得它能够通过排气系统逃离。此外、 元素汞因其 5d106S2 稳定的电子构型在化学氧化中具有非常高的持久性， 即使是在气体环境下。元素汞可通过 风吹与气流行驶很长的距离 ； 然后再通过雨滴降临到地球表面。 0007 到目前为止， 只有一个具有减少汞排放能力的方法被肯定， 那就是注入活性碳 (ACI)。目前多数环保技术的研。
26、究强调活性碳注入 (ACI) 是作为主要控制汞减排的技术。 活性碳(一个最常用于去除异味与饮用水系统中污染物的物质)已被证明在吸收燃煤锅炉 说 明 书 CN 103949152 A 6 2/11 页 7 烟气中的汞上具有几分令人满意的效果。汞粘附至活性碳颗粒， 然后通过下游的颗粒控制 装置， 例如静电除尘器或袋滤器除去。活性碳 ( 高度加工， 含有大量微孔的碳 ) 吸收气态形 式的汞， 并将其转换为可以被捕获的微粒形式。然而、 已经有报道称， 烟气中高含量硫的出 现会大幅损害活性碳的性能。此外、 因为烟气中的汞比其它有害物质的相对浓度来说非常 的低， 因此与 ACI 吸附剂短暂的接触时间 ( 。
27、小于 3 秒 ) 需要非常大量的活性碳以达到预想 的效果。为了实现汞的高去除率 (91 )， 碳与汞 (C/Hg) 在烟气中所需的比率已被证实为 3000 20000 比 1(w/w)， 具体取决于过程条件。尽管活性碳本身的价格相对低廉， 但操作 整个ACI系统的成本非常昂贵。 此外、 不仅是除去足够数量的汞废物需要巨量的活性碳 ； 活 性碳本身亦是一个恶化我们环境的来源。如何处置载汞活性碳成为了一个难题。如果活性 碳中含有少于260ppm的汞， 法规允许它被稳定化的填埋(例如封在混凝土中)。 然而、 多年 来被埋藏的汞终会漏出， 而污染我们的地下水。含有大于 260ppm 汞的活性碳被认为属。
28、于高 汞子类别， 并被禁止填埋。高汞含量的 ACI 必须永远存储在偏远地区的仓库。处置载汞活 性碳的问题将成为一个全球性的困境。 同样地， 如何有效的消除烟气中的铅， 也是急需解决 的问题。 ( 三 ) 发明内容 ： 0008 本发明的目的在于提供一种消除烟气中重金属的方法及纳米烟气脱重金属装置， 它能够解决现有技术的不足， 它通过使用高性能、 耐高温的纤维基体和嵌入的纳米材料 ； 嵌 有的纳米材料的无纺纤维可以捕获任何形式的汞和烟气中其它的重金属， 如汞、 铅。 0009 本发明的技术方案 ： 一种消除烟气中重金属的方法， 其特征在于它包括以下步 骤 ： 0010 (1) 将纳米材料嵌入纤维。
29、基体上 ； 0011 (2) 使含有重金属的烟气通过嵌有纳米材料的纤维基体 ； 0012 (3) 纳米材料与烟气中的重金属反应， 捕获烟气中的重金属。 0013 所述将纳米材料嵌入纤维基体上的方法为 ： 0014 在纤维基体上附着粘合剂 ； 在粘合剂变干之前， 将纳米材料由纳米喷雾器喷洒在 织物上 ； 在纳米材料被喷上之后， 放置在室温下至少 24 小时， 使之完全固化。 0015 所述粘合剂选用REN50 至 80() 的有机硅树脂溶液、 环氧 树脂或者甲基环氧。REN 系列是一个可用于任何耐热应用的粘合剂， 它已被使用 于许多制造工业， 如汽车和飞机制造业 ； 它可以在不失去粘附性的情况下。
30、承受高达 650 度 的温度， 并且还提供了良好的耐腐蚀性 ；REN系列通常在一小时的200度烘烤后变 干。 0016 所述将纳米材料嵌入纤维基体上的方法为 ： 直接装载纳米材料在纤维基体上 ： 将 纳米材料悬浊在挥发性溶剂中 ； 将纤维基体浸透在纳米材料悬浊液中， 或将纳米材料通过 喷雾器喷洒在纤维基体上 ； 将附着有纳米材料的纤维基体在 500 度的烤箱中进行 3 至 4 小 时的加热处理 ； 在溶液蒸发后， 纳米线和纳米颗粒将会与纤维网交织在一起 ； 冷却至室温 后， 纳米材料将被安全的锁在纤维基体中。 0017 所述挥发性溶剂为乙醇或乙酸乙酯。 说 明 书 CN 103949152 A。
31、 7 3/11 页 8 0018 所述纳米材料为附在纳米载体颗粒上的金纳米粒子、 附在纳米载体颗粒上的 WS2 纳米粒子或 CdS 纳米线。 0019 所述附在纳米载体颗粒上的金纳米粒子的合成方法为 ： 0020 将 2 到 4 摩尔 /L 的 HAuCl4 溶于蒸馏水中 ； 用过筛后 100 至 200 微米直径的 TiO2 或 r-Al2O3或 SiO2作为纳米载体， 加入到金溶液中 ； 将溶液加热至 70 摄氏度， 然后让它老化 (需要被存储的一段时间， 以获得所期望的品质)20到40分钟 ； 冷却到40摄氏度， 加入30 NH3 ； 过滤并用水洗涤， 在 100 度烘箱中干燥至少 12。
32、 小时 ； 然后在空气中 350煅烧至少 4 小时 ； 得到附在纳米载体 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2颗粒上的 Au 纳米颗粒， 即 Au-TiO2金 - 二 氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3； 0021 或者， 用沉积加载 (DP) 的技术 ： 用蒸馏水制备 0.1 到 0.5 摩尔 /L 的氯金酸溶液 ； 将溶液以 10 毫升 / 分钟的速度缓慢并搅拌的加入到 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2纳米载体的悬 浮液中 ； 加温至 65并保持至少 1 小时， 然后冷却至室温 ； 添加 1 摩尔 /L 的 NH4OH， pH 调节 至 7 ； 缓慢搅拌至。
33、少 2 小时 ； 过滤后用热水洗涤， 在 80烤箱中烘干至少 12 小时 ； 然后在空 气中 180煅烧至少 4 小时， 得到附在纳米载体 TiO2或 r-Al2O3或 SiO2颗粒上的 Au 纳米颗 粒， 即 Au-TiO2金 - 二氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3。 0022 所述 Au-TiO2金 - 二氧化钛、 Au-SiO2金 - 二氧化硅或 Au-Al2O3中 Au 的质量百分 比为少于 5。 0023 当湿气很重的时候， Au-TiO2金-二氧化钛具有比Au-SiO2金-二氧化硅和Au-Al2O3 的更好的催化活性。 0024 金在低温 ( 不低于 -。
34、20 ) 在湿润 ( 湿度 100 ) 条件下表现出高的催化活性， 下表现出超强的稳定性 ； 此外， 金纳米颗粒形式沉积在过渡金属氧化物载体上时它的催化 特性将得到提高。 0025 所述附在纳米载体颗粒上的 WS2纳米粒子的合成方法 ： 0026 按照溶质与溶剤的质量与体积 (W/V) 比大于 50 比例， 将摩尔比 1:18 20 的 (NH4)6W7O244H2O 和 Na2S9H2O 添加到的 0.8 摩尔 /L 的 HCl 中， 剧烈搅拌的溶液 ； 80下 加热至少 0.5 小时 ； 0027 然后加入与 Na2S9H2O 等摩尔量的 NH2OHHCl 到溶液中， 同时剧烈搅拌至少 1。
35、 小 时 ； 0028 在超声发生器里用高于 20 千赫 ( 每秒 20,000 次 ) 超声处理 10 分钟 ； 0029 用去离子水洗涤数次以除去反应物的残留物， 通过离心分离得到黑色粉末 ； 0030 在空气中干燥， 得到最终产物 WS2粉末， 即为 WS2纳米粒子 ； 0031 WS2纳米粒子使用前在一个 400oC 充满氮气的马弗沪内烘焙 2 小时功能化 ； 0032 将WS2纳米粒子与TiO2或r-Al2O3或SiO2纳米载体按质量比1:20-50在水中混合， 慢慢搅拌至少 1 小时， 然后 400 度以上干燥至少 2 小时， 得到附在纳米载体颗粒上的 WS2纳 米粒子。 0033。
36、 所述 CdS 纳米线的合成方法为 ： 0034 在 picoclave 高压力反应器 ( 高压釜 ) 中放入甲苯， 蒸馏水， 和 1， 12 烷硫醇， 以体 积比 20 ： 2 ： 1 混合 ； 加入 1:1 摩尔比的氯化镉和硫脲酸 ； 将高压釜保持在 180 摄氏度进行反 应 24 小时， 然后使其冷却至室温 ； 一种黄色的粉末会沉淀， 收集沉淀粉物后用乙醇和蒸馏 说 明 书 CN 103949152 A 8 4/11 页 9 水洗涤以除去残留的有机溶剂 ； 最终的产物在真空 70干燥至少 6 小时， 得到 CdS 纳米线 ； CdS 纳米线使用前必须于乙醇中超声处理 ； 0035 或者，。
37、 首先将 0.16 0.20M 的硫酸镉加入到不断搅拌下的 7 8 摩尔 /L 氨水溶 液中 ； 在此之后， 在强力的搅拌之下缓慢的加入0.60.8M的硫脲酸 ； 将溶液加温至65， 而且 pH 保持在 9-11， 强力的搅拌 50-70 分钟 ； 然后将沉淀的黄色固体离心后收集， 并在烘 箱中干燥， 65保持至少 4 小时， 得到 CdS 纳米线 ； CdS 纳米线使用前必须于乙醇中超声处 理。 0036 所述纤维基体为间位芳纶 Meta-aramid、 聚四氟乙烯 PTFE、 聚苯硫醚 PPS、 聚苯 并咪唑 PBI、 聚酰亚胺 ployimide、 RY805 纤维 (GE Energy。
38、 BHA Group) 和 PC102 纤维 (GE Energy BHA Group)， 或者无纺纤维， 所述无纺纤维为尼龙 66、 聚酯、 聚氨酯等合成纤维。这 些合成纤维都具有从19003150连续工作的温度范围 ； 高性能纤维的主要特征是它独特的 物理性能可以达到特殊化学反应的技术功能 ； 这些纤维中最突出的一些性能为它们的抗张 强度、 工作温度、 极限氧指数(LOI)、 和耐化学性。 LOI是大气中支持燃烧所需的氧含量 ； LOI 大于 25 的纤维是所谓的阻燃剂， 必须要有至少 25的氧气才能使它们燃烧。 0037 所述重金属为汞或铅。 0038 所述步骤(3)中纳米材料为附在纳米。
39、载体颗粒上的金纳米粒子， 金(Au)元素与重 金属元素汞(Hg0)和铅(Pb0)具有高亲和力， 能够形成化学键， 从而将重金属元素捕捉 ； 纳米 材料为附在纳米载体颗粒上的 WS2纳米粒子或 CdS 纳米线， 通过 MLCT( 金属配体电荷转移 ) 原理捕捉重金属元素 ： WS2和 CdS 在化学结构的特性上是介于离子化合物和共价化合物之 间 ； 金属 (W 和 Cd) 的特性表现就像刘易斯酸， 而非金属无机配体 (S) 的特性表现就像刘易 斯碱 ； 电子集中在无机配体上， 使部分的无机配体成为负电荷 ； 无机配位体会吸引重金属 元素， WS2、 CdS 会吸引烟气中的铅离子， 元素铅和元素汞。
40、。 0039 所述步骤 (3) 中嵌有纳米材料的纤维基体所捕获的重金属中的汞通过由巯基丙 酸和 2,6- 吡啶二羧酸合成的液体来浸泡过滤器将重金属洗脱出来 ； 所捕获的重金属中的 金属铅 (Pb0) 会被转换成氢氧化铅 Pb(OH)2； 氢氧化铅可用稀醋酸或稀硝酸轻易的洗出。 0040 所述巯基丙酸和 2,6- 吡啶二羧酸的螯合配体与汞有相当高度的结合性， 结合常 数分别为 log K10.1 和 20.2 ； 所以我们能对此无纺纤维过滤器进行清洗和回收使用 ； 被清 出来的汞可以从清洗液里萃取出来然后进行妥善的处置。 0041 所述含有重金属的烟气通过嵌有纳米材料的纤维基体之前通入反应容器中。
41、进行 预处理 ； 所述反应容器中加入含有芬顿试剂且使用-羟基酸调节pH值至小于等于3的溶 液 , 所述芬顿试剂包含能发生光助芬顿反应的金属系统和过氧化氢 ； 所述溶液配置过氧化 氢与水的质量百分比为 3 5 ； 过氧化氢与金属系统摩尔比大于等于 10 ： 1 ； 0042 根据金属系统的光吸收峰， 在反应容器中设置光照系统 ； 0043 烟气通入反应容器， 与芬顿试剂充分接触反应， 使汞元素转化为汞离子 ； 0044 将反应后溶液导出， 并定时监测导出溶液中芬顿试剂的浓度， 根据监测的情况， 添 加新的含有芬顿试剂的溶液使溶液成分保持稳定 ； 将净化后的气体排出反应容器。 0045 所述金属系。
42、统为 Fe(II)/F(III) 系统或 Cu(I)/Cu(II) 系统 ； 当金属系统为 Fe(II)/F(III) 系统时， 则光照为波长为 200nm 400nm 的紫外光 ； 当金属系统为 Cu(I)/ Cu(II) 系统时， 光照为波长为 600nm 800nm 的可见光。 说 明 书 CN 103949152 A 9 5/11 页 10 0046 所述 Fe(II)/F(III) 系统由直径小于 20 纳米的 FeSO4和 Fe3O4颗粒构成。 0047 所述 Cu(I)/Cu(II) 系统由直径小于 20 纳米的 Cu2O 和 CuSO4颗粒构成。 0048 所述 - 羟基酸为乙。
43、醇酸、 丙酮酸或乳酸。 0049 所述过氧化氢的消耗量通过定期收集样品被密切的监测， 并且使用碘 / 高锰酸钾 (I/KMnO4) 滴定法观察过氧化物的消耗率。 0050 所述反应容器中气体直接通入液体以增加烟气与液体接触的面积和时间， 或者液 体通过喷淋装置喷出以增加烟气与液体接触的面积和时间 ； 或者两种方式同时使用。 0051 一种纳米烟气脱重金属装置， 其特征在于它包括嵌有纳米材料的纤维基体。 0052 所述嵌有纳米材料的纤维基体设置在离心风扇上。 0053 所述嵌有纳米材料的纤维基体附着在离心风扇的扇叶上， 或者设置在倾斜扇叶之 间 ； 所述倾斜扇叶的倾斜角度为 30-45 度。 0。
44、054 所述纳米材料为附在纳米载体颗粒上的金纳米粒子、 附在纳米载体颗粒上的 WS2 纳米粒子或 CdS 纳米线。 0055 所述纤维基体为间位芳纶 Meta-aramid、 聚四氟乙烯 PTFE、 聚苯硫醚 PPS、 聚苯 并咪唑 PBI、 聚酰亚胺 ployimide、 RY805 纤维 (GE Energy BHA Group) 和 PC102 纤维 (GE Energy BHA Group)， 或者无纺纤维， 所述无纺纤维为尼龙 66、 聚酯、 聚氨酯等合成纤维。 0056 所述离心风扇由框架和扇叶构成， 扇叶通过， 扇叶通过中心轴和轴套与框架连接 与框架连接 ； 所述框架和扇叶是由镍。
45、 - 钼合金 ( 铝合金、 不锈钢 ) 制成， 因它在任何温度下 的耐酸性， 例如合金 (65 Ni、 28.5 Mo、 1.5 Cr、 1.5 Fe、 3 Co、 3 W、 3 Mn、 0.5 Al、 0.2 Ti、 0.1 Si 与 0.01 C) 便是一个很好的迭择。之前所描 述的， 可更换和可回收的嵌有纳米材料的纤维基体将会被安装在风扇的扇叶上。这种嵌有 纳米材料的纤维基体的纳米材料是经过特别的设计来与烟气中的重金属产生反应， 尤其是 汞。根据不同的使用情况， 一个典型的 30 万兆瓦电厂如果用比较次一点煤 , 每年大约也只 需换无纺纤维 2 3 次。 0057 所述一种纳米烟气脱重金。
46、属装置的输入端连接光能仓的输出端， 光能仓包括光能 仓体、 光能仓进气口、 光能仓出气口、 光能仓进液口、 气液混合通道、 光能仓抽水泵、 光能仓 出液口、 光能仓喷淋装置和光照设备， 所述光能仓进气口和光能仓出气口设置在光能仓体 的上部， 所述光能仓进液口设置在光能仓体的中部， 所述光能仓出液口设置在光能仓体的 底部， 所述气液混合通道、 光能仓喷淋装置和光照设备位于光能仓体内， 气液混合通道的输 入端连接光能仓进气口， 气液混合通道的输出端位于光能仓体下部接近仓底的位置， 所述 光能仓抽水泵通过管道连接光能仓体底部的输出端和光能仓喷淋装置的输入端 ； 所述预处 理仓出气口连接光能仓进气口。。
47、 0058 所述光能仓体由不锈钢金属板制成， 光能仓体内壁上涂有防腐涂层。 0059 所述光能仓体的侧壁上设置光能仓液位器， 光能仓体顶部设置光能仓检修盖。 0060 所述光照设备为石英管紫外灯或可见光灯。 0061 本发明的技术效果 ： 0062 本发明用于消除汞的技术效果 ： 说 明 书 CN 103949152 A 10 6/11 页 11 0063 0064 本发明用于消除铅的技术效果 ： 0065 0066 本发明的优越性 ： 1、 本发明可以排除由燃煤废气中产生的汞和其他重金属物质， 如铅 ； 2、 本发明的回收的利益远超过设备本身的运行成本， 使用者可获得更多的利润 ； 3、 本。
48、发明可适用的工业市场包括水泥厂、 钢铁厂、 市政府废物燃烧厂、 医疗废物燃烧厂、 氯气 制造厂、 纸浆和纸张生产厂等 ； 4、 本发明的装置利用风扇旋转来产生离心力， 以确保烟气完 全的混合并且不产生任何背压 ； 5、 本发明的装置是可回收的， 而且结构设计允许它被多次 清洗并重复使用， 这将大量为用户节省成本并且不会造成二次污染 ； 6、 离子汞是水溶性的， 水溶性汞可以被轻易地过滤掉， 并进行回收 ； 7、 本发明采用纳米颗粒或纳米线捕捉烟气中 的重金属， 由于其体积小， 提供了一个非常高的与重金属元素反应的表面积 ； 8、 金纳米粒子 很容易制造， 使用的是金盐 ( 如 AuCl3) 而。
49、不是大家普遍认为的元素金， 所以会非常的便宜 ； 金纳米粒子也可在市场购得， 可通过大量购买节省制造时间。 ( 四 ) 附图说明 ： 0067 图 1 为本发明所涉一种纳米烟气脱重金属装置第一种实施例的结构示意图。 0068 图 2 为本发明所涉一种纳米烟气脱重金属装置第一种实施例的立体示意图。 0069 图 3 为本发明所涉一种纳米烟气脱重金属装置第一种实施例的分解示意图。 0070 图 4 本发明所涉一种纳米烟气脱重金属装置第二种实施例的结构示意图。 0071 图 5 本发明所涉一种纳米烟气脱重金属装置所连接的光能仓的结构示意图。 0072 图 6 为本发明所涉一种消除烟气中重金属的方法中烟气通过嵌有纳米材料的纤 维基体之前进行光助芬顿反应中 Fe( ) 氧化为 Fe( ) 的反应方程式。 0073 图 7 为本发。