一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管及其制备方法与流程

本发明属于环保监测技术领域，具体涉及一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管及其制备方法。

背景技术：

汞污染具有持久性、生物累积性和全球性。人为固定源(如燃煤电厂、有色冶金、钢铁冶炼、水泥生产等)大气汞排放是全球汞污染的重要成因。2013年，全球各国在日本正式签署了《关于汞的水俣公约》，这标志着全球汞污染防治进入到了一个新的阶段，该公约在2016年4月已正式经我国政府批准生效。我国当前面临着履行公约的巨大压力。建立汞污染监测方法体系和监测能力、实现汞污染监测设备和材料的国产化、进行汞污染控制技术的研发是我国汞污染防治领域亟需解决的问题。

固定源烟气汞浓度监测的主要方法包括离线和在线方法两大类，并以离线方法为主。离线方法的主要技术原理为采用液体吸收液或者固体吸附剂作为介质，将烟气汞从气态转化为液体或固体形式然后加以测定。液体吸收法的代表性方法包括美国ontariohydro方法、epa29方法等，固体吸附法的代表性方法包括美国epa30b方法、我国hj917-2017《固定汚染源废气气态汞的测定活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法》等。与液体吸收法相比较，固体吸附法的主要优势在于操作简便，对于测试人员的要求较低，操作误差产生概率小，得到了迅速的推广。在线方法设备昂贵，主要安装在我国16个汞排放监测试点电厂。

此外，根据我国目前对固定源烟气汞浓度监测标准方法的修订结果，基于活性炭管吸附的烟气汞浓度监测方法(hj917-2017《固定汚染源废气气态汞的测定活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法》)将作为我国固定源烟气汞浓度监测的标准方法。随着我国国际汞公约的履约进程不断向前，采用该方法作为常规人工检测方法势在必行，该方法在未来有着广阔的应用前景。

hj917-2017方法主要设备包括汞吸附活性炭管、流量计、采样泵、各种阀门和温控装置等。其中，汞吸附活性炭管不仅是监测方法的核心，其性能直接决定了监测的成败，而且是监测成本的主要构成部分；当前使用的汞吸附活性炭管成本高，对不同固定源烟气汞浓度测量适应性较差。考虑到我国将进行的大规模固定源烟气汞浓度监测工作，研发烟气汞吸附管具有重大的现实意义和巨大的经济价值。

技术实现要素：

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明提供一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管的制备方法，在严格遵循标准测试方法要求的前提下，为准确测定固定源烟气汞浓度提供核心材料，实现监测设备和材料的国产化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，

一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管，包括石英玻璃管，所述石英玻璃管内填装活性吸附段和惰性段，所述活性吸附段设置有至少两段，活性吸附段的两侧均设置有惰性段；活性吸附段填充改性活性炭，石英玻璃管的进气端为开口式，石英玻璃管的出气端开设有通气孔，所述改性活性炭采用碘和铁共改性活性炭。

石英玻璃管的两端均设置有可拆卸的封头。

惰性段中填充材料采用石英棉。

每一段活性吸附段的长度相同，石英玻璃管上设置有刻线。

石英玻璃管采用经过除汞的石英玻璃管。

活性吸附段的长度大于惰性段的长度。

一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管的制备方法，取汞浓度小于1μg/kg的活性炭，将所述活性炭用碘化钾溶液进行浸渍后干燥，干燥至其重量不发生变化，得到碘负载活性炭；再用硝酸铁溶液浸渍所述碘负载活性炭，然后进行焙烧，即得到碘和铁共改性活性炭，将所得碘和铁共改性活性炭作为活性吸附段的填充物，按照设定量向石英玻璃管中装入碘和铁共改性活性炭和惰性段，活性吸附段至少设置有两段，活性吸附段的两侧均设置有惰性段。

所述碘负载活性炭中，碘元素的负载质量分数为0.5％～2％，所述碘和铁共改性活性炭中，铁元素的负载质量分数为0.5％～2％。

焙烧温度为200±10℃，在空气气氛中焙烧。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明实现了固定源烟气汞浓度监测标准方法中汞吸附活性炭管的低成本生产，对即固定源烟气汞浓度大规模监测工作起到了基础保证作用；通过对本发明中的改性活性炭进行表面物化特性表征，碘和铁共改性活性炭表面，铁元素的结合能为712ev附近，根据标准图谱，主要形式为铁原子在活性炭表面与碳原子、氧原子等形成的复杂化合物，碘原子和铁原子分别在改性活性炭表面形成了烟气汞的活性吸附位点，造成本发明改性活性炭吸附容量大，吸附速率快，在固定源烟气汞采样过程中，典型采样流量情况下，改性活性炭对烟气中的汞发生高强度、高速率的吸附，活性炭管的穿透率低，采样时间较长，监测性能良好；本发明提供的固定源烟气汞浓度活性炭吸附管制备方法在保证性能满足监测方法要求的同时，成本低，有效降低固定源烟气汞浓度测定经济费用。

进一步的，石英玻璃管两端均设置封头防止已经采样完成的活性炭吸附管受其他外界因素影响，保证检测的准确率。

进一步的，每一段活性吸附段的长度相同方便进行最终检测和计算，石英玻璃管上设置刻线有助于表明每一段的长度及其填装并压实的状态。

附图说明

图1为本发明吸附管示意图。

附图中，1-石英玻璃管，2-活性吸附段，3-惰性段。

具体实施方式

下面结合具体实施例以及附图对本发明进行详细阐述。

一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管，包括石英玻璃管1，所述石英玻璃管1内填装活性吸附段2和惰性段3，所述活性吸附段2设置有至少两段，活性吸附段2的两侧均设置有惰性段3；活性吸附段2填充改性活性炭，石英玻璃管1的进气端为开口式，石英玻璃管1的出气端开设有通气孔，所述改性活性炭采用碘和铁共改性活性炭；所述通气孔的直径为2～3mm；石英玻璃管1的两端均设置有封头，封头采用可拆卸式封头。

惰性段3中填充材料采用石英棉；每一段活性吸附段2的长度相同；内填装活性炭2和惰性段3，活性炭2为改性活性炭；靠近石英玻璃管1气体入口端和出口端均为惰性段3，两端惰性段之间设置至少两端活性吸附段2，且活性吸附段2的两侧均设置有惰性段3。

石英玻璃管1采用经过除汞的石英玻璃管。

作为本发明的一个可选实施例，石英玻璃管1上设置有体现活性吸附段2和惰性段3的刻线，所述刻线能用于有效判断其中每一段是否压实，针对每一段吸附段2和惰性段3，都取设定质量的填充物质，将其装入石英玻璃管1，从石英玻璃管1的刻线观察和确认每一段均已压实；惰性段3和活性吸附段2靠近石英玻璃管1的出气端设置。

活性吸附段2所用活性炭为改性活性炭，具体改性方法为：选择汞浓度小于1μg/kg的活性炭，采用碘化钾溶液进行浸渍干燥，干燥温度为40℃，得到碘负载活性炭，所述碘负载活性炭中，碘的负载质量分数为0.5％～2％；再采用硝酸铁溶液进行浸渍在空气氛围下焙烧，焙烧温度200℃，即得到碘和铁共改性活性炭，所述碘和铁改性活性炭中，铁的负载质量分数为0.5％～2％。干燥温度为40℃，干燥至其重量不再变化；焙烧温度为200±10℃，在空气气氛中焙烧2-5h；得到碘和铁共改性活性炭，其中，铁负载质量分数为0.5％～2％；将所得碘和铁共改性活性炭作为活性吸附段2的填充物，按照设定量向石英玻璃管1中装入碘和铁共改性活性炭和惰性段3，活性吸附段2至少设置有两段，活性吸附段2的两侧均设置有惰性段3；即先从石英玻璃管1的开口端装入一段惰性段3，再装入活性吸附段2，然后依次装入另一段惰性段3和活性吸附段2，最后再装入一段惰性段3，得到固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管。

本发明优选的，活性吸附段2的长度大于惰性段3的长度。

如图1所示，本发明一种固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管，首先执行活性炭改性程序，具体改性方法为：选择汞浓度小于1μg/kg的活性炭，采用碘化钾溶液进行浸渍干燥，干燥温度为40℃，得到碘负载质量分数为0.5％～2％的碘改性活性炭，再采用硝酸铁溶液3进行浸渍，得到铁负载质量分数为0.5％～2％的活性炭，在空气氛围下焙烧，焙烧温度200℃，焙烧2～5h，即得到碘和铁共改性活性炭。

所述的固定源烟气汞浓度监测活性炭吸附管的制备方法，采用活性炭改性方法，获得符合要求的改性活性炭；采用经过除汞的石英玻璃管1，自石英玻璃管1开口端先装入石英棉，再装入改性活性炭，然后间隔装入石英棉与活性炭，靠近石英玻璃管1开口端为石英棉；以上操作过程中，应保证填充物压紧密实。