专利名称：一种吸附剂及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吸附剂，特别是一种同时脱除燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳的吸附剂，及其制备方法和用途，属于吸附技术应用于大气污染净化技术领域。
背景技术：
由SA和氮氧化物(NOx)等致酸物质引起的酸雨与(X)2等温室气体引起的温室效应是国际上普遍关注的全球大气环境问题。空气中70% 二氧化碳排放、90% 二氧化硫排放和67%氮氧化物排放来自于化石燃料的使用。鉴于我国以煤为主要一次消费能源，控制燃煤烟气排放成为保护大气环境的关键。通过吸附法分别脱除燃煤烟气中的单一组分S02，NOx和(X)2的方法均有报道，但单独吸附二氧化硫的材料较少且稳定性差，利用吸附法脱除氮氧化物基本没有系统的研究， 二氧化碳的捕集是当前研究的热点，但扩展吸附量和吸附剂的稳定型任是研究的难点。本发明考虑多步净化处理烟气中多种污染物的工艺复杂、成本高、占地面积大等诸多缺点，拟开发利用一种吸附剂同时吸附脱除烟气中的上述三种组分，以达到满足烟气净化要求，简化处理工艺，实现废物利用等多个目的。本身用吸附法做脱除二氧化硫、氮氧化物的就不多，尤其是氮氧化物，而专门做二氧化碳的吸附材料吸附容量的扩大也是一个难点。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种同时吸附脱除燃煤烟气中S02，NOx* CO2的吸附剂，实现一种吸附剂同时共吸附净化烟气的目的。该吸附剂主要用于温度为50 150°C的烟气，常压同时吸附富集烟气中的S02，NOx 和(X)2三种组分。本发明另一目的在于提供一个吸附剂制备方法，具体按如下步骤进行
(1)选用八面沸石(X，Y型)、LTA型沸石、丝光沸石或ZSM-5(硅铝比25 100)的成型分子筛中一种作为载体；
(2)配制浓度为0.1 lmol/L的氯化锂、氯化钾、氯化钙、氯化钡、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铜、硝酸钴、硝酸铁或硝酸银溶液，备用；
(3)在温度为20 100°C下，选取一种吸附载体加入一种(2)步骤中配制的溶液中，搅拌进行离子交换，其中固液比为1:10 100，离子交换时间为2 M小时；
(4)用去离子水在真空漏斗抽滤下反复清洗离子交换后的载体，清洗后载体放入 90 110°C烘箱中干燥1 2天；
(5)将干燥后的载体放入马弗炉在室温下程序升温至400 700°C，升温速率为1°C/ min,在最高温度下保持2 Mh，整个焙烧过程气氛为氮气保护，流量为100 600mL/min， 最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。本发明另一目的在于将吸附剂用于脱除燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳，具体按如下步骤进行
本发明的处理对象为燃煤烟气，烟气中SA浓度为1000 3000ppm，NOx浓度为500 1500ppm, CO2浓度为7% 15%，O2浓度为5%左右，氮氧化物中NO体积比为90%以上。(1)将含有S02，NOj^P(X)2的燃煤烟气，采用英国凯恩(Kane KM1096)烟气分析仪测定气体成分及浓度；
(2)将制备好的吸附剂置于固定床反应器中，固定床反应器温度控制在50 150°C， 将已知各成分浓度的燃煤烟气通入反应器中，混合气体流量为100 500mL/min，反应器尾端吸附净化后的烟气浓度由烟气分析仪在线监测，并记录吸附后烟气中S02，NOj^P CO2的浓度；
(3)根据吸附前后烟气浓度变化情况，计算吸附净化烟气中S02，NOx和(X)2的吸附净化效率，并评价吸附剂的吸附效果，吸附效率计算公式为(烟气进口浓度-烟气出口浓度)/ 烟气进口浓度。该方法在传统单一吸附净化燃煤烟气污染物二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳方法的基础上，通过新吸附剂的开发将多步骤的吸附工艺简化在一个步骤中实现，兼顾了同时处理烟气中微量污染物(如二氧化硫、氮氧化物)和烟气中相对大量污染物(如二氧化碳)的处理技术要求，系统开发了离子交换吸附剂的制备工艺和燃煤烟气净化应用，实现同时脱除烟气中的多种污染物，吸附效率高，操作简洁，吸附剂制备方法成熟稳定、方便简单、易于实现，在快速吸附变化情况下可实现脱硫脱硝脱碳，效率分别达到80%，20%和50%。
图1是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图2是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图3是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图4是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图5是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图6是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
图7是燃煤烟气中SO2,,NOx和CO2去除效率曲线图。
具体实施例方式实施例1和2为对照实验。实例1
用去离子水将13X分子筛清洗三次，放于110°C烘箱内干燥1天后，置于马弗炉内于室温下按升温速率为rC/min升温至400°C，在400°C下焙烧他，然后降至室温，即得吸附剂。将4g活化13X分子筛置于70°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为300mL/min， 烟气中SO2, NOx和CO2的浓度分别为2300ppm, IlOOppm和11%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NO5^n (X)2的净化效率，见图1所示。脱硫效率大于96%，脱硝效率大于12%，脱碳效率下降迅速。在前3分钟内，保持脱硫、 脱硝和脱碳效率分别为98%，25%和62%。实例2
4用去离子水将5A分子筛清洗三次，放于110°C烘箱内干燥1天后，置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至400°C，在最高温度下焙烧他，然后降至室温，即得吸附剂。将5g活化5A分子筛置于50°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为500mL/min， 烟气中SO2, NOx和CO2的浓度分别为2200ppm，958ppm和7. 7%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和CO2的净化效率，得到净化效率，如图2所示，脱硫、脱硝和脱碳效率下降较快，在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率分别为67%，25% 和 3. 8%ο实例3
将20gl3X分子筛加入lmol/L氯化钾溶液200ml中，固液比为1:10，于水浴温度60°C 搅拌M小时进行离子交换，用去离子水反复清洗后，放于110°C烘箱内干燥1天；将干燥后样品置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至400°C，在400°C下焙烧Mh，整个焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为lOOmL/min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。将IOg制备好的改性分子筛置于90°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为 300mL/min，烟气中 S02，NOx 和(X)2 的浓度分别为 ^OOppm，980ppm 和 9. 2%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和(X)2的净化效率，见图3 所示，脱硫效率近乎为100%，脱硝效率为50%，脱碳效率下降较快，在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率为98%，3洲和72%。实例 4
将20g 13X分子筛加入0. 5mol/L硝酸钴溶液400ml中，固液比为1:20，于水浴温度 80°C下搅拌M小时进行离子交换，用去离子水反复清洗，放于110°C烘箱内干燥1天，将干燥后样品置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至500°C，在最高温度下焙烧 Mh，整个焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为200mL/min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。将IOg活化分子筛置于100°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为200mL/min，烟气中S02，NOx和(X)2的浓度分别为2700ppm，980ppm和9. 1%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和CO2的净化效率，见图4 所示，脱硫、脱硝效率几乎为100%，脱碳效率下降较快。在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率为99%，99%和 47%ο实例5
将IOg LTA型分子筛加入0. 5mol/L硝酸钴溶液500ml中，固液比为1:50，于室温20°〇 下搅拌20小时进行离子交换，用去离子水反复清洗，放于100°C烘箱内干燥1天，将干燥后样品置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至600°C，在最高温度下焙烧20h， 整个焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为300mL/min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。将IOg活化分子筛置于150°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为400mL/min，烟气中S02，NOx和(X)2的浓度分别为2700ppm，960ppm和9%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和(X)2的净化效率，见图5所示，脱硫、脱硝效率维持在99%和25%左右，脱碳效率下降较快，在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率分别为99%，26%和46%。实例6
将IOg LTA型分子筛加入0. lmol/L硝酸锰溶液IOOOml中，固液比为1 100，于水浴温度60°C搅拌15小时，用去离子水反复清洗，放于90°C烘箱内干燥2天，将干燥样品置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至700°C，在700°C下焙烧12h，整个焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为500mL/min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。将IOg活化分子筛置于150°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为lOOmL/min，烟气中S02，NOx和(X)2的浓度分别为^OOppm, 950ppm和8. 8%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和(X)2的净化效率，见图6 所示，脱硫、脱硝效率维持在99%以上。脱碳效率降速较快。在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率分别为100%, 99%和32%。实例7
将20g 5A分子筛加入0. 8mol/L氯化钾溶液800ml中，固液比为1 40，于60°C水浴下搅拌2小时，用去离子水反复清洗，放于110°C烘箱内干燥2小时，将干燥后载体再重复上述操作两次；将干燥后载体置于马弗炉内于室温下按升温速率为1°C /min升温至700°C， 在700°C下焙烧证，焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为600mL/min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。将IOg活化分子筛置于120°C反应器中，通入燃煤烟气，烟气流量为500mL/min，烟气中SO2, NOx和CO2的浓度分别为2800ppm, 1150ppm和8. 2%。实时监测净化后烟气浓度，并计算得到烟气中S02，NOx和(X)2的净化效率，见图7 所示，脱硫效率为99%，脱硝效率为63%，在前3分钟内脱硫、脱硝和脱碳效率分别为99%， 73% 和 29%ο
权利要求
1.一种吸附剂制备方法，其特征在于按如下步骤进行(1)选用八面沸石、LTA型沸石、丝光沸石、ZSM-5的成型分子筛中的一种为载体；配制浓度为0. 1 lmol/L的氯化锂、氯化钾、氯化钙、氯化钡、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铜、硝酸钴、硝酸铁或硝酸银溶液，备用；(2)在温度为20 100°C下，选取一种吸附载体加入一种(1)步骤中配制的溶液中，搅拌进行离子交换，其中固液比为1:10 100，离子交换时间为2 M小时；(3)用去离子水在真空漏斗抽滤下反复清洗离子交换后的载体，清洗后载体放入 90 110°C烘箱中干燥1 2天；(4)将干燥后的载体放入马弗炉在室温下程序升温至400 700°C，升温速率为1°C/ min,在最高温度下保持2 Mh，整个焙烧过程气氛为氮气保护，氮气流量为100 600mL/ min，最后载体自然降温至室温，即得所需吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于八面沸石为X或Y型。
3.权利要求1所述方法制备得到的吸附剂。
4.权利3中所述的吸附剂在同时脱除燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于按如下步骤进行(1)采用英国凯恩烟气分析仪测定含有S02，NOx和(X)2的燃煤烟气中气体成分及浓度；(2)将制备好的吸附剂置于固定床反应器中，固定床反应器温度控制在50 150°C，将混合燃煤烟气通入反应器中，混合气体流量为100 500mL/min，吸附净化后烟气浓度由烟气分析仪在线监测，并记录吸附后烟气中S02，NOx和(X)2的浓度；(3)根据吸附前后烟气浓度变化情况，计算吸附净化烟气中SO2AOj^n(X)2的吸附效率， 并评价吸附剂的吸附效果。
全文摘要
本发明公开了一种同时吸附脱除燃煤烟气中SO2，NOx和CO2的吸附剂，及其制备方法和应用，吸附剂的制备中采用八面沸石(X和Y型)、LTA型、丝光沸石或ZSM-5分子筛作为吸附载体，并将载体放入氯化锂、氯化钾等溶液中进行离子交换，然后清洗烘干，最后放入马弗炉中焙烧，制备所需吸附剂，并将吸附剂应用于脱除燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳中，达到净化烟气的目的，本发明实现同时脱除烟气中的多种污染物，吸附效率高，操作简洁，吸附剂制备方法成熟稳定、方便简单、易于实现。
文档编号B01J20/16GK102335589SQ20111027517
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者刘海艳, 周璇, 唐晓龙, 易红宏, 邓华 申请人:昆明理工大学