专利名称：一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法
技术领域：
本发明属脱除燃煤烟气中重金属汞领域，特别是涉及一种采用ACF-Co脱除燃煤 烟气中重金属汞的方法。
背景技术：
汞是一种低熔点，高挥发性的液态金属，即使在0°C它也会挥发；一旦被人体所吸 入，便会造成神经性中毒和深部组织病变，而且汞毒性具有积累性，往往需几年或者十几年 才有所发现，对人体健康危害性极大。大气环境中汞的来源除一部分来自天然排放外(例 如火山活动和矿藏释放)外，很大一部分来自人为活动，其中煤燃烧所释放的汞就占有较 大的比例(30%以上)。我国是能源生产和消费的大国，燃煤排放物是我国大气污染的主要来源.煤中的 痕量元素汞在煤的燃烧过程中会发生迁移，约有86%的汞分布在烟气中。通常人为，燃煤电 站烟气中的汞存在的主要形式包括气态元素单质汞(Hg°)，气态二价离子汞(Hg2+)和固态 颗粒附着汞(Hgp)。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捕集， 所以相对较容易被除去，而单质汞由于不溶于水，且挥发性极强，容易在大气中通过长距离 的大气运输，是汞赋存形式中相对难以控制和脱除的部分；因此，如何加以脱除和控制已成 为当今世界的焦点问题。燃煤汞污染控制主要通过以下3种方式来实现燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧 后脱汞。燃烧前脱汞技术主要包括洗选煤技术以及煤的热处理技术，但它对汞的脱除效率 都比较低；燃烧中脱汞研究的较少，主要利用改进燃烧方式，在降低NOx的同时，抑制一小部 分共得排放。燃烧后脱汞主要是通过吸附剂喷射法、固定床过滤法、湿式烟气脱硫联合除汞 法的3种形式来控制烟气中Hg°的含量，但吸附剂方法存在一定的缺陷(成本低廉的吸附 剂，如飞灰对的脱除效率较低；脱除效率较高的吸附剂，如活性炭价格又较高，投入成本较 大，燃煤电厂难以接受，推广较难)；而第三种方法需要氧化剂将烟气中的单质汞氧化为二 价汞，但在目前还没有一种优质的氧化剂能达到这一目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的 方法，本方法成本低，工艺简单，易于实际操作，较大程度的提高对燃煤烟气中重金属汞的 脱除效率，具有良好的应用前景。根据化学知识原理知汞和钴在金属活动性顺序表中都是排在氢后的金属，化学 性质较稳定，一般不易被氧化，只有在强氧化剂存在的条件下才会被氧化；并且，在通常情 况下，钴是以二价态存在的，三价钴离子虽然具有较强的氧化性，但是其极不稳定，二价钴 可在高温条件下被氧化为三价，利用其强氧化性来氧化零价态的汞，使其转变为二价，以达 到提高脱除效率之目的，其反应机理如下Hg (g) +ACF — Hg (ad)
Hg (ad) +Co3O4 — HgO (ad) +3Co06Co0+02 — 2CO304本发明的一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，包括(1)选用比表面积1200m2/g 1800m2/g的活性炭纤维毡，将其浸渍在Co(NO3)2溶 液中，振荡摇动2小时，于100°C烘干；(2)对烘干好的载有Co (NO3) 2的活性炭纤维毡在N2气氛保护下，于240°C烧结2小 时，再在N2气氛保护下冷却至100°C，制成载有钴的活性炭纤维毡，用ACF-Co表示；(3)在固定床实验系统上，采用制得的ACF-Co铺至在床层上，让含汞的燃煤烟气 至上而下流经毡体，完成对燃煤烟气中Hg°的脱除过程。所述步骤(1)中Co(NO3)2溶液的浓度与燃煤烟气中汞浓度成正比；改性用 Co(NO3)2溶液的浓度越大，越有利于对燃煤烟气中汞的脱除。所述步骤(3)中的固定床实验系统包括热电偶接点(1)、固定床主体管(2)、法兰 片⑶、固定床床层(5)球阀(6)、进气管(7)、支管(8)、软管(9)以及出气管(10)；辉接有 固定床床层(5)的主体管(2)分别与上下法兰片(3)焊接而成，上下主体管由螺栓连接，两 端分别由球阀(6)相连进气管(7)和出气管(10)，并设置有热电偶接点(1)，软管⑶两端 分别与支管(7)连接作为一旁通支路，通过球阀(6)连接于进气管(7)和出气管(10)上。所述步骤(3)在400°C下进行，从而保证ACF-C0表面的CoO可被氧化为Co3O4，进 而氧化燃煤烟气中的Hg°。所制得的ACF-Co经XPS分析，表明其表面确实有CoO的存在，由于载钴后活性炭 纤维毡表面的CoO在高温条件下可以转化为Co3O4，而Co3O4对Hg°有较好的氧化作用，又进 一步提高了对燃煤烟气中重金属汞的脱除效率。活性炭纤维毡表面的C-0H、C = 0和COOH 基团较未改性之前确有增加，它们都能较好的氧化Hg°，对脱除燃煤烟气中重金属汞有较好 的促进作用。有益效果(1)用载有钴的活性炭纤维毡来脱除烟气中的重金属汞，可以显著提高脱汞效率， 有效的降低系统的运行成本；(2)本方法成本低，工艺简单，易于实际操作，较大程度的提高对燃煤烟气中重金 属汞的脱除效率，具有良好的应用前景。
图1为本发明的实验系统原理示意图，其中，热电偶接点(1)、固定床主体管(2)、 法兰片(3)、ACF-Co(4)、固定床床层(5)球阀(6)、进气管(7)、支管(8)、软管(9)以及出气 管(10)；图2为ACF-Co的制作工艺原理图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1称取Ig比表面积为1560m2/g的活性炭纤维毡，浸渍于IOwt %的Co(NO3)2溶液 中，振荡2小时后，在烘箱中于100°C烘干。烘干后的活性炭纤维毡在N2氛保护下，在箱式 电炉中于240°C烧结2小时，在N2气氛保护下冷却至100°C左右，制成所需的载钴活性炭 纤维毡；再将制好的载钴活性炭纤维毡进行XPS技术表征，测得其表面的C元素的含量从 90. 26%减少到76. 58%，0元素的含量由9. 63%提高到18. 37%, 0/C比率从10. 67%提高 到了 23. 99% ；C-0H、C = 0和COOH也分别增强了 34. 9%、12%和28. 7%，这相对于改性之 前，有较好的氧化作用；并根据XPS扫描的峰图证实，改性后的活性炭纤维毡表面确有CoO 的存在。然后，将此块经10衬％的&)(而3)2溶液改性的活性炭纤维毡铺至在固定床实验系 统(图1)的床层上，燃煤烟气(汞浓度为14yg/m3 60yg/m3)从上而下流过，完成对烟 气净化的过程。其次，采用相同量的活性炭纤维毡和经过改造后的活性炭纤维毡进行了实验。最 后，结果表明负载钴后活性炭纤维毡对Hg°的吸附明显提高。在150°C下，氧化钴就表现出 较好的催化氧化效果，活性炭纤维毡吸附汞的穿透时间比常温时延长43 %，脱除效率也相 当可观，达85%以上，极好的控制了燃煤烟气中重金属汞的排放，环境效益显著。
权利要求
一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，包括(1)选用比表面积1200m2/g～1800m2/g的活性炭纤维毡，将其浸渍在Co(NO3)2溶液中，振荡摇动2小时，于100℃烘干；(2)对烘干好的载有Co(NO3)2的活性炭纤维毡在N2气氛保护下，于240℃烧结2小时，再在N2气氛保护下冷却至100℃，制成载有钴的活性炭纤维毡，用ACF-Co表示；(3)在固定床实验系统上，采用制得的ACF-Co铺至在床层上，让含汞的燃煤烟气至上而下流经毡体，完成对燃煤烟气中Hg0的脱除过程。
2.根据权利要求1所述的一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，其特征在 于所述步骤(1)中Co(NO3)2溶液的浓度与燃煤烟气中汞浓度成正比。
3.根据权利要求1所述的一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，其特征 在于所述步骤(3)中的固定床实验系统包括热电偶接点(1)、固定床主体管(2)、法兰片 (3)、固定床床层(5)球阀(6)、进气管(7)、支管(8)、软管(9)以及出气管(10)；焊接有固 定床床层(5)的主体管(2)分别与上下法兰片(3)焊接而成，上下主体管由螺栓连接，两端 分别由球阀(6)相连进气管(7)和出气管(10)，并设置有热电偶接点(1)，软管⑶两端分 别与支管(7)连接作为一旁通支路，通过球阀(6)连接于进气管(7)和出气管(10)上。
4.根据权利要求1所述的一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，其特征在 于所述步骤(3)在400°C下进行，从而保证ACF-Co表面的CoO可被氧化为Co3O4，进而氧化 燃煤烟气中的Hg°。
全文摘要
本发明涉及一种采用ACF-Co脱除燃煤烟气中重金属汞的方法，包括(1)选用比表面积1200m2/g～1800m2/g的活性碳纤维毡，将其浸渍在Co(NO3)2溶液中，振荡摇动并烘干；(2)对烘干好的载有Co(NO3)2的活性碳纤维毡在N2气氛保护下，于240℃烧结，再在N2气氛保护下冷却至100℃，制成载有钴的活性碳纤维毡，用ACF-Co表示；(3)在固定床实验系统上，采用制得的ACF-Co铺至在床层上，让含汞的燃煤烟气至上而下流经毡体，完成对燃煤烟气中Hg0脱除过程。本方法成本低，工艺简单，易于实际操作，较大程度的提高对燃煤烟气中重金属汞的脱除效率，具有良好的应用前景。
文档编号B01D53/82GK101879411SQ20101021116
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者丁建东, 刁永发, 孙潇, 苏博, 邰晓燕, 陈博 申请人:东华大学