含氮活性炭吸附剂和使用其的方法_3

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隶吸 收速率,所述相应活性炭吸附剂包含至少W下一种a)在相应表层更少的氮或基本无氮,b) 更少或基本无面化物或面素促进,和C)更少或基本无无机基体载体。在一些实施方式中, 在包含污染物的气体中,处于其中包含污染物的气体接触吸附剂的位置或靠近所述位置的 S〇3的浓度为约 1ppm至约 100, 000 卵mJ-lO, 000 卵m、3 卵m-1000 卵m、3-100 卵m、3-5〇 ppm、3-10ppm、或约3-6ppm或更多、或在包含污染物的气体中,处于其中包含污染物的气 体接触吸附剂的位置或靠近所述位置的硫(VI)(如来自S03、H2S04等)的浓度为约1ppm至 约 100, 000ppm、2-10, 000 卵m、3 卵m-1000 卵m、3-100 卵m、3-50 卵m、3-10 卵m、或约 3-6 ppm或更多,其中卵m指百万分之一摩尔。所述浓度可为瞬时浓度,或随时间流逝的平均浓 度。与在基本相似的条件下,在相应表层中包含更少的氮或基本不含氮的相应活性炭吸附 剂相比较,在活性炭吸附剂颗粒的表层中的氮可通过S〇32和HS03I中的至少一种减少活性 炭中的碳正离子的中和。与在基本相似的条件下,在相应颗粒表层中包含更少的氮或基本 不含氮相应活性炭吸附剂相比较,在活性炭吸附剂颗粒的表层中的氮可至少部分阻止活性 炭中的碳正离子受服O3I或so32中的至少一种的影响。
[0058] 在一些实施方式中,降低包含污染物的气体中污染物含量的方法包括在接触期间 或在接触之前的至少一种情况下,将碱性组分添加或注射进入包含污染物的气体中。所述 碱性组分可为任何合适的碱性组分,例如碱元素、碱±元素或碱±元素的氧化物、氨氧化 物、碳酸盐或憐酸盐、和包括其的化合物或材料。在各种实例中,碱性组分单独添加或与碳 吸附剂一起添加可得到改善的隶捕获。各种因素可影响碱添加的有效性,诸如,例如烟道气 污染物、烟道气组分(如8〇2、側、、56、肥1等)、操作溫度、隶形式和隶浓度。在一些实例中, 可调节碱与活性炭的比例W优化给定系列的现场条件(sitecondition)。
[0059] 在一些实施方式中,活性炭包含稳定剂。在一些实例中,稳定剂可包括S、Se、H2S、 S〇2、H2Se、Se〇2、CS2、P2Sg中的至少一种、或它们的混合物。所述稳定剂可在促进之前或之后 添加。
[0060] 在各种实施方式中,除隶速率可随溫度升高和随隶的载量增加而逐步降低,其至 少部分归因于逆反应速率的增加。在一些实例中,最高速率可在约100至150 °C、50-200 。C、或约50-250。C下发生。在一些实例中,在400°C下,逆反应可为热力学上高度有 利的。在一些实例中,活性炭可通过用水洗W除去在其上的硫酸得W再生,例如在美国专利 第8, 173, 566号中所描述的。
[0061] 在一些实施方式中,降低包含污染物的气体中污染物含量的方法可包括使污染 物-吸附剂组合物再生W得到再生的活性炭吸附剂。所述再生可为允许再生的活性炭吸附 剂重新用于从包含污染物的气体中除去污染物的任何合适的再生。所述方法可包括使用再 生的活性炭吸附剂从包含污染物的气体中除去污染物。
[0062] 制备含氮活性炭的方法。
[0063] 在一些实施方式中,包含含氮活性炭颗粒的活性炭从市场上获得。在其它实施方 式中,含氮活性炭是合成的。例如,降低包含污染物的气体中污染物含量的方法可包括制备 含氮活性炭。
[0064] 例如,在降低包含污染物的气体中污染物含量的方法中,获得或提供活性炭吸附 剂可包括获得或提供含氮碳前体。所述方法也可包括处理(如加热)碳前体,W提供活性 炭吸附剂。所述处理可包括任何合适的处理。在包括加热碳前体的方法中,所述方法除了加 热,可包括任何其它合适的任选的步骤,例如洗涂、化学处理或振动。在一些实施方式中,碳 前体包含含碳的含碳物质和含氮的含氮物质。所述加热可包括加热至约100 "C至15, 000 。(:、200。(:至 10,000。(:、300。(:至 9000。(:、或约 400。(:至 8000。(:。
[0065] 含碳物质可为任何合适的含碳物质。例如,含碳物质可为有机化合物。在一些实例 中,含碳物质包括W下物质中的至少一种:黄糖、麦芽糖、焦糖、薦糖、玉米糖浆、淀粉、糖蜜、 糖蜜萃余液(糖废品)、葡聚糖、半乳聚糖、木聚糖、和糖废品。在一些实例中,含碳物质包括 粉末状活性炭、颗粒状活性炭、碳黑、碳纤维、碳蜂窝或平面结构、气凝胶碳膜、热解炭、或活 性炭或再生的活性炭,其具有大于要处理的烟道气流中的飘尘的质量平均颗粒尺寸。氮可 从任何合适的含氮物质获得或部分可为任何合适的含氮物质。例如,含氮物质可为含氮有 机化合物,例如含氮杂环。在一些实例中,含氮物质包括吗I噪、哇喔嘟、巧挫、异哇嘟、赃嗦、 哇诺酬、哇喔嘟、二氮杂二环辛烧、聚丙締腊、聚乙締基化咯烧酬、乙締基化咯烧酬-醋酸乙 締醋共聚物、乙締基化咯烧酬-丙締酸共聚物、乙締基化咯烧酬-马来酸共聚物、聚氮丙晚、 氨基酸(如丙氨酸、精氨酸、天冬酷胺、天冬氨酸、半脫氨酸、谷氨酷胺、谷氨酸、甘氨酸、组 氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨 酸、或鄉氨酸)、苯胺、硝基苯、径胺、尿素、阱、氨基横酸、腊类、氨基甲酸醋类、异氯酸醋类、 尿烧类、或它们的混合物。含氮物质可为任何合适的锭盐,例如由脂肪族含氮化合物、芳香 族含胺化合物或杂环含氮化合物获得的锭盐;在实施方式中,其中含氮物质是面化物盐,含 氮活性炭等同于促进的物质进行作用且促进步骤可略去或减少。在一些实例中,含氮物质 可为W下物质中的至少一种:氨、漠化锭、氯化锭、硝酸、亚硝酸、二氧化氮、包含N03的化合 物、包含N02的化合物等。
[0066] 在一个实例中,包含含氮活性炭吸附剂颗粒的活性炭可通过任意种类的活性炭或 炭的表面改性来制备,所述表面改性通过向现存的碳或较低溫度的炭施加含氮聚合物涂层 或浸溃,并重新碳化经浸溃的碳。所述涂层或浸溃可包括含有氮杂环的聚合物或共聚物,例 如聚合的乙締基化咯烧酬。在该类型碳的一个实例中,使用聚乙締基化咯烧酬、乙締基化咯 烧酬-马来酸共聚物或乙締基化咯烧酬-醋酸乙締醋共聚物涂布碳表面。在加热或重新碳 化之后,经浸溃的混合物可在颗粒上形成含氮活性炭表层。在含氮活性炭的表层中的氮浓 度可高于在使用氮进行表面改性或浸溃之前的物质的氮浓度。
[0067] 在一个实例中,含氮活性炭可通过氧化炭的表面改性来制备,所述表面改性通过 使用合适的含氮化合物例如氨或尿素处理炭,接着是浸溃氮的物质的活化。
[0068] 在一个实例中,含氮活性炭可通过将含氮化合物浸溃进入炭,接着通过常规方法 对经浸溃的炭进行碳化和活化来制备。该类型碳的一个实例为胺或氨基酸与碳水化合物的 组合,该组合在加热时经历美拉德(Maillard)缩合反应W形成含氮杂环的碳表面。
[0069] 在一个实例中,含氮活性炭可通过将含氮化合物浸溃进入煤、褐煤、或风化褐煤, 紧接着进行碳化和活化来制备。
[0070] 促进的含氮活性炭吸附剂。
[0071] 在一些实施方式中,包含含氮活性炭吸附剂颗粒的活性炭包含促进的含氮活性炭 吸附剂。用在降低包含污染物的气体中污染物含量的方法中的含氮活性炭吸附剂可为促进 的活性炭吸附剂,并可包含氮。所述方法可包括促进未促进的活性炭吸附剂,或促进的吸附 剂可从市场上获得。
[0072]例如,降低包含污染物的气体中污染物含量的方法可包括获得或提供未促进的碳 吸附剂。所述未促进的碳吸附剂可为任何合适的未促进的含氮吸附剂,并可被合成获得或 从市场上获得。所述方法可包括获得或提供促进剂。所述方法可包括通过将未促进的吸附 剂的一部分与促进剂接触(如化学反应)来促进至少一部分未促进的吸附剂,W形成活性 炭吸附剂。
[0073] 所述促进剂可为任何合适的促进剂,W使得形成促进的吸附剂,其有效用于从包 含污染物的气体中除去污染物,例如隶。例如,所述促进剂可包括面素或面化物促进剂。所 述面素或面化物可为氣或氣化物、氯或氯化物、漠或漠化物、或舰或舰化物。在一些实例中, 所述促进剂可包括W下物质中的至少一种:面素、第V主族面化物、第VI主族面化物、面化 氨、面化锭、碱±金属面化物(a化aliearthmetalhalide)和碱±金属面化物(a化aline earthmetalhalide)。因此,在一些实施方式中活性炭可为W下情况中的至少一种:面素 促进、第V主族面化物促进、第VI主族面化物促进、面化氨促进、面化锭促进、碱±金属面化 物促进和碱±金属面化物促进。所述促进剂可包括W下物质中的至少一种:HI、IBr、ICl、NH4Br、NaBr、CaB。、皿r、化Cl、CaClz和肥1。在一些实例中,所述促进剂是NH4Br,并可在 导管中被注射进入溫热区域,例如单独注射或与活性炭吸附剂一起注射。在一些实例中,可 在燃烧过程期间将任何合适的含面素或面化物的物质,例如化C1、化C12、NaBr或CaB。与 煤一起注射,运可使碳活化。在各种实施方式中,含面素或面化物的物质可转化成为活化促 进剂,例如活性漠化物或氯化物化合物,如HC1、皿r、xCl或xBr。在一些实例中,所述促进 剂是包括W下中的至少一种的形式:蒸汽形式、在溶剂中、作为液体、作为固体、和它们的组 合。在一些实施方式中,所述促进可发生于含水洗涂器中,其中所述洗涂器包含含促进剂的 水性浆料。
[0074] 所述吸附剂材料的促进可发生于添加或注射进入气流之前、添加或注射进入气流 期间、添加或注射进入气流之后、或它们的组合,其中所述气流可为含隶气流、输送流、或它 们的组合。在一些实例中,所述促进剂可在促进剂和吸附剂反应之前添加至吸附剂,W使得 促进剂添加进入其中的气流的加热引起吸附剂的促进。例如,所述促进剂可作为气体、作为 溶解于液体中的气体、或作为固体例如盐、或溶解于液体(如水)中的其它物质(如酸),例 如氨漠酸被添加。在其中促进剂W液体例如水被添加的实例中,可允许干燥水,运可允许促 进剂附着于活性炭吸附剂、浸溃活性炭吸附剂、或与活性炭吸附剂反应,或它们的组合。在 一些实例中,预添加的促进剂可为锭盐,例如氯化锭、漠化锭、或舰化锭,包括,例如一烷基 面化锭、二烷基面化锭、=烷基面化锭、或四烷基面化锭、或面化锭盐。在一些实例中,可在 接近促进时间或在促进时间向吸附剂添加促进剂;例如,所述促进剂可与吸附剂一起添加 至气流或W使得其在经加热的气流内接触吸附剂,所述经加热的气流例如含隶气流或进料 气流。在一些实例中,所述促进剂可为NH4Br。
[0075] 在一些实施方式中,促进剂前体转化成为面素或面化物促进剂,其与活性炭吸附 剂反应W得到活性炭材料。所述促进剂前体可为可转化成为面素或面化物促进剂的任何合 适的前体。在一些实施方式中,所述促进剂前体可为在未促进的吸附剂上的和与未促进的 吸附剂一起添加或注射中的至少一种。在一些实施方式中,所述促进剂可为皿r,且在一些 实例中,皿r可借由促进剂前体例如漠化锭、漠化钢、或漠化巧的分解或反应提供。所述促 进剂可为HC1,且在一些实例中,HC1可借由促进剂前体例如氯化锭、氯化钢、或氯化巧的分 解或反应提供。所述促进剂可为HF,且在一些实例中,HF可借由促进剂前体例如氣化锭、氣 化钢、或氣化巧的分解或反应提供。在一些实例中,促进剂(如皿r或HC1)或促进剂前体 (如畑4Br、NaBr、CaB。、畑典1、化C1、CaClz)可与活性炭吸附剂分开或与活性炭吸附剂一起 在烟道气中添加或注射(如,可应用于吸附剂预注射、在同样的位置同时添加或注射、或在 不同位置同时添加或注射)。在一些实例中,化Cl、CaCl2、NaBr或CaB。可与未燃烧的物质 例如未燃烧的煤一起添加。
[0076] 无机基体载体或纳米复合材料。
[0077]在一些实施方式中,包含含氮活性炭颗粒的活性炭包含无机基体载体或是纳米复 合材料。在降低包含污染物的气体中污染物含量的方法中使用的含氮活性炭可包含无机基 体载体或可为纳米复合材料。所述方法可包括向活性炭添加无机基体载体或使用未负载的 含氮活性炭制备纳米复合材料,或所述方法可包括从市场上获得基体负载的活性炭或纳米 复合材料活性炭。在各种实施方式中,所述无机基质载体包括娃藻±、粘±、沸石或矿物中 的至少一种。
[0078]例如,降低包含污染物的气体中的污染物含量的方法可包括获得或提供基质材 料。所述基质材料可为任何合适的基质。例如,所述基质可为娃藻±、粘±、沸石或矿物中的 至少一种。所述方法可包括使碳前体和基质材料接触,W提供吸附剂原材料。所述接触可 W任何合适的方式发生。所述接触使碳前体和基质材料混合,W使得当混合体经加热(或 经受任何其它合适的能量来源)时,形成碳纳米复合材料吸附剂或负载的吸附剂。所述接 触可进行W使得碳前体接近均匀分布在基质上。在一些实例中,可添加水或另一溶剂W帮 助碳前体在基质上分布。在碳前体和基质的混合物中包含水的实例中,混合体可在加热之 前被干燥。所述干燥可W任何常规的方式(如对流方式、传导方式、微波方式等)发生,包 括在环境压力下、在压力下、或在真空下通过在接近或高于溶剂沸点下进行加热,在水的情 况中(如50。C-120。C或更高)。
[0079] 所述基质可包括任何合适的多孔材料。例如,所述基质材料可为娃藻±、沸石、多 孔矿物(如粘±)包括,例如,蒙脱石(如蒙脱±、膨润±、绿脱石、皂石)、高岭±、伊利石、 绿泥石、海泡石、或凹凸棒石。在一些实例中,所述基体可包括聚合物、非金属、金属、准金 属、陶瓷或混合物、和共混物、W及复合材料及其合金。所述材料可为合成的或天然存在的 或天然获得的材料。合成聚合物的实例包括任何普通的热塑性和热固性材料。金属的实例 包括侣、铁、铜、钢和不诱钢。陶瓷的实例包括氧化侣、氧化错、二氧化铁和二氧化娃的任何 形式。天然存在或天然获得的材料的实例包括木材、木材复合材料、纸、纤维素醋酸醋、和地 质形成物(geologic化rmations)例如花岗岩或石灰石。非金属的实例包括各种形式的碳, 例如石墨或碳。准金属的实例包括娃或错。所述多孔材料可为建筑材料,例如混凝±或渐 青。
[0080] 在一些实例中,对于碳纳米复合材料吸附剂,所述基质材料可W原材料的约1wt% 至约99wt%、约20wt%至约80wt%、或约40wt%至约60wt%存在。本段中的Wt%是指基 于碳前体和基质材料的总重量的重量百分数。
[0081] 所述方法可包括处理(如加热、振动、超声处理、微波、或W其它方式将能量添加 至)吸附剂原材料,W提供活性炭吸附剂。碳前体和基质的接触组合物可随后经处理(如 加热、振动、超声、微波、或其它合适的能量添加)W形成碳纳米复合材料吸附剂或无机基 体负载的吸附剂。所述处理可在任何合适的溫度下发生,W使得吸附剂充分形成,例如加热 至约 50°C、100°C、200°C、300°C、400°C、500°C、600°C、700°C、800°C、900°C、 1000°C、1100°C或约1200。C或更高。所述处理可发生持续任何合适的时间,w使得碳 纳米复合材料充分形成,例如,持续大于约1min、2min、5min、10min、30min、lh、1.5h、 2h、3h、4h、5h、10h或大于约24h。所述加热可在任何合适的装置中发生,例如,在充 分排除氧的单元中,如,其允许经加热的惰性气体空气在正在经加热的混合物周围流动。在 一个实例中,所述加热发生于在其中具有惰性气体环境的炉子中。取决于装置和纳米复合 材料或负载的材料,可加速或延长所述处理。
[0082] 在一些实施方式中,加热吸附剂原材料可提供第二吸附剂原材料。所述方法可进 一步包括使第二吸附剂原材料与酸性物质或碱性物质反应,W提供活性炭吸附剂。所述酸 性物质或碱性物质可为任何合适的酸性物质或碱性物质,例如皿r、肥1、H2SO4、K0H、化0H 等。在一些实施方式中,使用酸性物质或碱性物质处理可制备用于使用促进剂处理的活性 炭或可制备w使得获得与隶或另一污染物的充
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