一种用于脱除燃煤烟气中Hg⁰的吸附剂的制作方法

专利名称：一种用于脱除燃煤烟气中Hg⁰的吸附剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脱除燃煤电站烟气中HgG的吸附剂。
背景技术：
电力工业污染物的排放已使环境日趋恶化。温室效应，酸雨，重金属等问题正严重 危害着人类的健康生活。重金属汞(Hg、 Hg2lB HgP)的污染尤为严重；它可通过呼吸道， 皮肤和消化道等多种途径侵入人体，造成神经性中毒和组织病变。单质汞(Hg,熔点低、 易挥发且难溶于水、在大气中的停留时间颇长，是当今汞脱除的一大难题。随着我国工 业的发展，工农业对火电的依赖将持续较长时间，因此而导致的汞污染越来越重，汞排 放控制刻不容缓。
烟气汞排放的控制方法有多种，如利用活性炭、钙基类物质、沸石等吸附剂脱汞； 利用现有污染物控制装置如电除尘器(ESP)、脱硫装置(FGD)等方法脱汞。但目前燃煤电 站还没有一项成熟且可应用的脱汞技术，最接近应用的是烟气中喷入活性炭颗粒脱汞， 但成本昂贵且在S02浓度大于1600ppm时，脱汞效率大大降低。基于此，研究开发成 本低、效率高、无二次污染的脱汞吸附剂是当务之急。
壳聚糖(Chitosan， CTS)又称脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素，是一种储量极为丰富的 天然碱性高分子多糖，多为虾、蟹甲壳提取物，是由甲壳素(Chitin)部分脱乙酰化衍生物。 它无毒、无味、耐热、耐碱、耐腐蚀，兼容性宽，具有优良的生物亲和性，它由生物合 成也可以被生物降解，是一种高科技绿色新材料，其分子中含有大量的-NH2和-OH官 能团，是重金属离子的良好吸附剂，被广泛的应用环保领域，尤其是水处理领域。膨润 土(Bentonite， B)有较大的表面积，表面积伴随产生巨大的表面能，使其具有较大的吸附 能力，这些特征决定了膨润土具有较高的阳离子交换容量及良好的吸附性能。研究壳聚 糖与各种矿物类吸附剂的复合现象，发现壳聚糖可以进入膨润土的插层，使得复合物既 具有壳聚糖的属性，又具有膨润土的特征。本发明中研制的碘改性膨润土及碘和硫酸改 性的膨润土负载壳聚糖吸附剂，脱Hga能力强，价格低廉，是一种新型的环保型吸附剂。壳聚糖、膨润土及其复合物己经应用于废水处理等环保领域，然而其在烟气脱除重金属 领域还未见报道。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于脱除燃煤烟气中HgG的吸附剂，脱汞效率高，成本低
廉，产物不产生二次污染，达到工业化应用要求。
一种用于脱除燃煤烟气中HgG的吸附剂，包括膨润土和碘，膨润土与碘的质量比为 (1~15):1。
作为本发明的改进，吸附剂还包括壳聚糖和硫酸，其中负载壳聚糖的膨润土、碘、 硫酸的质量比为(4~20):1:(0.5~4)，壳聚糖占膨润土质量的0.5%~20%。
本发明以改性膨润土和高分子化合物壳聚糖及其复合物为吸附剂，在模拟烟气 (N2+HgG)氛围下研究对HgG的吸附能力。实验结果显示，本发明吸附剂是一种高效、经 济的脱汞吸附剂，具体体现在
1. 原料易购买，吸附剂易制备，成本低，性价比高；
2. 吸附剂比表面面积小，但是其脱汞效率较高，说明进行的是一种化学反应；
3. 脱汞吸附剂稳定性好；
4. 脱汞吸附剂脱汞效率髙，其中实施例中B2.5CTS-I-S-811型吸附剂最大脱汞效率 可达到100%;
5. 脱汞吸附剂为干态粉末，不使用水溶液，无二次污染。

发明内容


图1为N2氛围汞吸附实验台架示意图2为不同含量硫酸的碘改性B对汞的吸附量示意图3为不同CTS用量的碘和硫酸改性B/CTS对汞的吸附量示意图。
具体实施例方式
为了解本发明吸附剂的性能，特在氮气(N2)氛围下研究所其对HgG的吸附能力。汞 吸附实验台架说明书如图1所示，它由气源(N2)1、汞渗透管2、吸附床3、温控炉4、 汞在线分析仪5和数据收集仪(计算机)6组成。其中吸附床为立式固定床，其内径为 7mm，为避免吸附剂流化，采用烟气向下流动式。温控炉为吸附床提供恒定的床温。实 验中吸附剂用量为30mg;进入汞在线的气体总流量为1000mL/min，其中通过汞渗透管 的气流为200mL/min，氮气为平衡气；汞蒸气由高纯氮气通过恒温水浴锅加热汞渗透管 提供，图中虚线为裹有加热带的保温管路；实验中汞浓度为30pg/m3。汞浓度检测采用 德国Mercury Instruments公司的VM3000荥在线分析仪，它基于冷原子吸收测量采样气 体中的单质汞，可实时方便的了解吸附剂对汞(Hg,的脱除效果。
具体实施例如下。
实施例1.
B-I-81型制备取8g膨润土、 30mL去离子水和lOmL无水乙醇放入器皿中混合， 连续搅拌lh;加入lg碘化钾，周期性搅拌4h，静置10h后抽滤，烘箱中100'C烘干， 研磨后过160目筛，置于干燥皿中备用。
脱汞吸附剂的物理参数比表面积为53.63m2/g;活性碘可以进入膨润土的插层， 产生较好的脱汞效果；由膨润土的XRF分析发现，除含有二氧化硅、氧化钙等常规氧 化物，还含有氧化铜、氧化铁和氧化镁，可对HgG的脱除起催化氧化作用。
B2.5CTS小S-8U型制备取100mL 1%的醋酸溶液缓慢溶解1.25g脱乙酰度为85% 的壳聚糖，当壳聚糖充分溶解后加入50g膨润土，在5(TC的水浴锅中充分浸润10h后。 将此糊状物流延于平板上，烘箱中100'C烘干20h，研磨并过160目筛，得到壳聚糖负 载膨润土，记为B2.5CTS。称取8g壳聚糖负载膨润土(B2.5CTS)，放入100mL的烧杯 中，加入30mL去离子水和lmL硫酸，搅拌lh后，加入lg碘化钾，周期性搅拌4h， 静置10h后抽滤，烘箱中100'C烘干，研磨后过160目筛，置于干燥皿中备用，得到碘 和硫酸改性的壳聚糖负载膨润土。
脱汞吸附剂的物理参数比表面积为44.96m2/g，其BET较壳聚糖本身大大提高。 壳聚糖进入膨润土的插层，利用壳聚糖的氨基对碘的螯合或吸附作用制备出脱汞效果较 好的吸附剂。
利用图1台架进行实验，结果表明经碘和硫酸改性后，壳聚糖负载膨润土吸附剂的BET表面积有所减小，证明活性官能团或活性位进入了吸附剂。负载壳聚糖的膨润 土吸附剂表现出较膨润土差的脱汞效果，说明该吸附剂脱除气态汞的机理和废水中脱除 二价汞的机理是不同的。吸附剂B-I-81的最大脱汞效率为80%， B2.5CTS-I-S-811具有 100%的最大脱汞效率。其吸附量随时间的曲线如图2和3所示。可以看出，所制备的 吸附剂具有较好的脱汞能力。因B2.5CTS小S-811可节省壳聚糖用量且膨润土价格低廉， 该类脱汞吸附剂具有较好的工业化应用前景。 实施例2.
B小41型制备取4g膨润土、 30mL去离子水和15mL丙酮放入器皿中混合，连续 搅拌l 2h;加入lg碘化钾，周期性搅拌6h，静置12h后抽滤，烘箱中10(TC烘干，研 磨后过160目筛，置于干燥皿中备用。
B10CTS小S-411型制备取100mL 2%的醋酸溶液缓慢溶解5g脱乙酰度为80%的 壳聚糖，当壳聚糖充分溶解后加入50g膨润土，在70'C的水浴锅中充分浸润8h后。将 此糊状物流延于平板上，烘箱中90。C烘干25h，研磨并过160目筛，得到壳聚糖负载膨 润土，记为B10CTS。称取4g壳聚糖负载膨润土(B10CTS)，放入50mL的烧杯中，加 入30mL去离子水和lmL硫酸，搅拌lh后，加入lg碘化钾，周期性搅拌4h，静置10h 后抽滤，烘箱中10(TC烘干，研磨后过160目筛，得到碘和硫酸改性的壳聚糖负载膨润 土。
利用图1台架进行实验，结果表明所制备的吸附剂有与B-I-81和B2.5CTS-I-S-811 一致的物理化学性质。因B小41引入了更多的活性碘离子，具有更好的提高效果； B10CTS小S-411则具与B2.5CTS-I-S-811类似的脱汞效果。它们均具有长时间100%的脱 汞效率。
实施例3.
B-I-121型制备取12g膨润土、 30mL去离子水和5mL无水乙醇放入器皿中混合， 连续搅拌2h;加入lg碘化钾，周期性搅拌5h,静置12h后抽滤，烘箱中80'C烘干，研 磨后过160目筛，置于干燥皿中备用。
B20CTS小S-1513型制备取100mL 2%的醋酸溶液缓慢溶解10g脱乙酰度为85% 的壳聚糖，当壳聚糖充分溶解后加入50g膨润土，在5(TC的水浴锅中充分浸润10h后。 将此糊状物流延于平板上，烘箱中10(TC烘干20h，研磨并过160目筛，得到膨润土负 载壳聚糖，记为B20CTS。称取15g壳聚糖负载膨润土(B10CTS)，放入100mL的烧杯 中，加入30mL去离子水和3mL硫酸，搅拌lh后，加入lg碘化钾，周期性搅拌4h，静置10h后抽滤，烘箱中10(TC烘干，研磨后过160目筛，得到碘和硫酸改性的壳聚糖 负载膨润土吸附剂。
利用图1台架进行实验，结果表明吸附剂B小121的最大脱汞效率为70%以上， B20CTS-I-S-1513具有100%的最大脱汞效率，且它们具有的最大脱汞效率的时间大大加 强。
权利要求
1、一种用于脱除燃煤烟气中Hg0的吸附剂，包括膨润土和碘，膨润土与碘的质量比为(1～15)1。
2、 根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，还包括壳聚糖和硫酸，其中负 载壳聚糖的膨润土、碘、硫酸的质量比为(4 20):1:(0.5 4)，壳聚糖占膨润土质量的 0.5%~20%。
全文摘要
本发明公开了一种用于脱除燃煤烟气中Hg⁰的吸附剂，包括膨润土和碘，作为改进，还添加了壳聚糖和硫酸，其中负载壳聚糖的膨润土、碘、硫酸的质量比为(4～20)∶1∶(0.5～4)，壳聚糖占膨润土质量的0.5％～20％。本发明吸附剂脱汞效率高，成本低廉，产物不产生二次污染，可达到工业化应用要求。
文档编号B01D53/46GK101543759SQ200910061319
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者井娟丽, 军 向, 孙路石, 张安超, 松 胡 申请人:华中科技大学