專利名稱：一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)的綜合利用和煙氣脫汞領(lǐng)域，具體涉及一種利用鹵化銨鹽改性 生物質(zhì)熱解焦制備煙氣脫汞吸附劑的方法。
背景技術(shù)：
汞是煤中有害的微量元素之一，在煤中主要以三種形式存在粘土礦物，硫化物以 及有機(jī)物。煤中汞的Clark值(全球煤中的平均汞含量)為0.10 (士 0.01) μ g/g。中國大 部分煤中的汞含量在0. Γ0. 3 μ g/g之間，平均汞含量為0. 19 μ g/g,略高于世界煤中的汞 平均含量。美國印第安納和西肯塔基的煤中，汞的含量在0. 02、. 55 μ g/g之間。汞具有易揮發(fā)性。在煤的燃燒過程中，煤中的汞首先在高溫下?lián)]發(fā)，轉(zhuǎn)化成元素態(tài) 汞(Hg°)。隨著煙溫的降低，氣相中部分元素態(tài)汞將發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)被氧化成氧 化態(tài)汞(Hg2+)，另有一部分汞被飛灰顆粒吸附，形成顆粒態(tài)汞(Hgp)。所以燃燒過程排放到大 氣中的汞也主要以三種形態(tài)存在元素態(tài)汞(Hg°)、氧化態(tài)汞(Hg2+)和顆粒態(tài)汞(Hgp)。在燃 燒過程中，煤中的絕大部分汞排放到了空氣中。我國每年的煤消耗量巨大，所以燃煤排放到 空氣中的汞成為主要的汞污染源。我國每年由于煤燃燒而向大氣中排放的汞約為200t。隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，人民生活水平的日益提高， 城市生活垃圾的處理量日漸增多，已經(jīng)成為急需解決的問題。垃圾處理的原則是無害化、減 量化和資源化。目前國內(nèi)外城市固體垃圾處理方法可以歸結(jié)為填埋、堆肥和焚燒，其中焚燒 是目前世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家廣泛采用的一種城市生活垃圾處理技術(shù)。由于城市垃圾中 含有一定量的重金屬汞，在焚燒過程中這些汞會以灰渣、飛灰和煙氣的形式排入周邊的環(huán) 境中，從而形成二次污染。燃燒產(chǎn)生的汞排入大氣后隨著大氣的運(yùn)動造成大范圍的汞污染。大氣中的汞會隨 著雨雪進(jìn)入水體，進(jìn)入水體的汞經(jīng)甲基化后，易積累在魚類和以食魚動物為主的食物鏈中， 然后進(jìn)入人的消化系統(tǒng)。汞對人體的危害包括引起腎功能衰減，損害神經(jīng)系統(tǒng)等，所以燃燒 過程中的汞排放受到越來越廣泛的關(guān)注。目前，控制燃燒過程產(chǎn)生的煙氣中汞污染排放的方法主要是用吸附劑吸附。已投 入商業(yè)應(yīng)用的煙氣脫汞吸附劑主要是活性炭類的吸附劑。但是活性炭類吸附劑價格昂貴， 制約了其在煙氣脫汞領(lǐng)域的應(yīng)用。尋找廉價，高效的新型煙氣脫汞吸附劑成為能源與環(huán)境 領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一，其中涉及到碳基類，鈣基類，金屬類和天然礦物類吸附劑，但對生物質(zhì)熱 解焦炭制備煙氣脫汞吸附劑的開發(fā)和利用幾乎沒有。生物質(zhì)熱解技術(shù)是生物質(zhì)資源化利用研究的熱點(diǎn)之一，而其重點(diǎn)又主要集中在生 物質(zhì)熱解油，熱解氣的研究和利用方面。對生物質(zhì)熱解焦的綜合利用研究比較少。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種煙氣脫汞吸附 劑，使改性后的生物質(zhì)熱解焦具有高效脫除煤燃燒和垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中的汞的能力。本發(fā)明的另一個目的是提供這種煙氣脫汞吸附劑的制備方法。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種煙氣脫汞吸附劑，所述的煙氣脫汞吸附劑為利用鹵化銨鹽改性的生物質(zhì)熱解焦。所述的鹵化銨鹽包括氯化銨，溴化銨和碘化銨。所述的生物質(zhì)熱解焦由以下方法制備在隊(duì)氣氛下，將熱解爐溫度升至600°C 900°C，然后迅速將預(yù)處理好的生物質(zhì)粉末送入熱解爐中，熱解10 30min ；取出置于干燥 器中保存，自然冷卻后研磨至粒徑小于0.3mm。其中，所述的預(yù)處理包括依次對生物質(zhì)原料 進(jìn)行干燥、破碎和篩分出粒徑小于Imm的粉末備用的處理。一種制備上述的煙氣脫汞吸附劑的方法，包括以下步驟
(1)在N2氣氛下，將熱解爐溫度升至600°C 900°C，然后迅速將預(yù)處理好的生物質(zhì)粉 末送入熱解爐中，熱解10 30min ；取出置于干燥器中保存，自然冷卻后研磨至粒徑小于 0. 3mm,即制得所需的生物質(zhì)焦；破碎干燥的生物質(zhì)焦使其粒徑小于Imm ；
(2)把生物質(zhì)焦放入裝有鹵銨鹽溶液的容器中浸漬，并連續(xù)攪拌8 12h；
(3)過濾去除生物質(zhì)焦水份，45 50°C下烘干，即制得煙氣脫汞吸附劑；
其中，鹵銨鹽溶液的質(zhì)量濃度為廣2%，生物質(zhì)熱解焦與鹵銨鹽溶液的質(zhì)量體積比為 1% 10%。步驟(1)中，所述的預(yù)處理包括依次對生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥、破碎和篩分出粒徑小 于Imm的粉末備用的處理。本發(fā)明的煙氣脫汞吸附劑是以生物質(zhì)為原料，通過高溫?zé)峤夂透男蕴幚碇频?。?述的生物質(zhì)包括水稻，小麥，玉米，高粱等農(nóng)作物的根、莖、葉，以及樹葉，鋸木粉末等。本發(fā)明的機(jī)理在于生物質(zhì)熱解過程中揮發(fā)份的析出會使焦炭中形成大的孔隙；通 過鹵化銨鹽溶液浸泡處理后，能改善生物質(zhì)焦炭的表面化學(xué)性質(zhì)，使之成為生物質(zhì)活性焦 炭，能夠顯著增強(qiáng)生物質(zhì)熱解焦炭的化學(xué)吸附汞的能力。有益效果本發(fā)明將生物質(zhì)熱解焦用于制備煙氣脫汞吸附劑是生物質(zhì)焦炭的一 種全新的利用方式；是生物質(zhì)可再生能源的資源化利用。這種吸附劑制取方法簡單、成本 低、能夠有效吸附煙氣中汞；該方法能夠促進(jìn)生物質(zhì)類可再生能源的規(guī)?；咝Ю谩Ｓ?生物質(zhì)熱解焦炭制備煙氣脫汞吸附劑既能開發(fā)利用生物質(zhì)可再生資源，又能減排燃煤汞污 染物，還可形成生物質(zhì)資源的規(guī)?；?，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)利用的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效 益。本發(fā)明通過對生物質(zhì)原料進(jìn)行高溫?zé)峤馓幚砗突瘜W(xué)物質(zhì)浸漬改性，使改性后的生物質(zhì) 熱解焦具有高效脫除煤燃燒和垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中的汞的能力。


附圖是本發(fā)明制備生物質(zhì)熱解焦鹵化銨鹽改性脫汞吸附劑的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋。實(shí)施例1
破碎干燥的稻桿，過篩，選取粒徑小于Imm的粉末備用。稱取適量的稻桿粉末置于坩鍋 中，在N2氣氛下，待爐溫升到600°C后迅速將盛放稻桿粉末的坩鍋放入爐中熱解IOmin后取出并置于干燥器中保存，稻桿焦冷卻后研磨，過篩，選取粒徑小于0. 3mm粉末備用，即制得 所需的生物質(zhì)熱解焦。稱取2gNH4Cl置于燒杯中，往燒杯中加入IOOml去離子水，攪拌均勻配制成質(zhì)量分 數(shù)為2%的NH4Cl溶液。把預(yù)先稱量好的5g稻桿焦放入盛有2%NH4C1溶液的燒杯中，并放在 磁力攪拌器上攪拌12h，然后過濾除去水份，放入45 50°C烘箱中烘干并研磨成粉狀。將 制得的改性生物質(zhì)活性焦放入試劑瓶中保存，即制得NH4Cl改性稻桿焦脫汞吸附劑。實(shí)施例2
破碎干燥的玉米桿，選取粒徑小于Imm的粉末備用。稱取適量的玉米桿粉末置于坩鍋 中，在N2氣氛下，待爐溫升到700°C后迅速將盛放玉米桿粉末的坩鍋放入爐中熱解IOmin后 取出并置于干燥器中保存，玉米桿焦冷卻后研磨，過篩，選取粒徑小于0. 3mm粉末備用，即 制得所需的生物質(zhì)焦。稱取2g NH4Br置于燒杯中，往燒杯中加入IOOml去離子水，攪拌均勻配制成質(zhì)量分 數(shù)為2%的NH4Br溶液。把預(yù)先稱量好的Ig玉米桿焦放入盛有2% NH4Br溶液的燒杯中，并 放在磁力攪拌器上攪拌12h，然后過濾水份，放入45 50°C烘箱中烘干并研磨成粉狀。將 制得的改性生物質(zhì)活性焦放入試劑瓶中，并且保存在干燥器中即制得NH4Br改性玉米桿焦 脫汞吸附劑。實(shí)施例3
破碎干燥的鋸木粉末，選取粒徑小于Imm的粉末備用。稱取適量的鋸木粉末置于坩鍋 中，在N2氣氛下，待爐溫升到900°C后迅速將盛放鋸木粉末的坩鍋放入爐中熱解IOmin后取 出并置于干燥器中保存，鋸木粉末焦冷卻后研磨，過篩，選取粒徑小于0. 3mm粉末備用，即 制得所需的生物質(zhì)焦。稱取2g NH4I置于燒杯中，往燒杯中加入IOOml去離子水，攪拌均勻配制成質(zhì)量分 數(shù)為2%的NH4I溶液。把預(yù)先稱量好的IOg鋸木粉末焦放入盛有2% NH4I溶液的燒杯中，并 放在磁力攪拌器上攪拌12h，然后過濾水份，放入45 50°C烘箱中烘干并研磨成粉狀。將 制得的改性生物質(zhì)活性焦放入試劑瓶中，并且保存在干燥器中即制得NH4I改性鋸木粉末焦 脫汞吸附劑。實(shí)施例4
申請人選用實(shí)施例1中制備的脫汞吸附劑，在固定床吸附實(shí)驗(yàn)臺上驗(yàn)證其吸附性 能。固定床實(shí)驗(yàn)臺由模擬煙氣發(fā)生系統(tǒng)，固定床反應(yīng)器，測汞儀等組成，其中模擬煙氣由 12%C02,6%02和高純N2組成，模擬煙氣總流量為lL/min。汞蒸氣由置于U形高硼硅玻璃管 內(nèi)的汞滲透管(美國VICI Metronics公司生產(chǎn))產(chǎn)生，產(chǎn)生的汞蒸氣由高純氮?dú)庾鳛檩d氣帶 出。作為汞蒸氣載氣的高純氮?dú)饬髁繛?50ml/min，其余為作為平衡氣的N2,固定床入口汞 蒸氣的濃度為46. 78μ g/m3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施例1的吸附劑的汞吸附量為11. 68 μ g / g，為改性前的2. 79倍。實(shí)施例5
任選實(shí)施例2、3或由其他生物質(zhì)原料制備出的煙氣脫汞吸附劑，按照實(shí)施例4的試驗(yàn) 方法，進(jìn)行脫汞試驗(yàn)驗(yàn)證，均能產(chǎn)生良好的吸附效果。
權(quán)利要求
一種煙氣脫汞吸附劑，其特征在于所述的煙氣脫汞吸附劑為利用鹵化銨鹽改性的生物質(zhì)熱解焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫汞吸附劑，其特征在于所述的鹵化銨鹽包括氯化銨， 溴化銨和碘化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫汞吸附劑，其特征在于所述的生物質(zhì)熱解焦由以下 方法制備在隊(duì)氣氛下，將熱解爐溫度升至600°C 900°C，然后將預(yù)處理好的生物質(zhì)粉 末送入熱解爐中，熱解10 30min ；取出置于干燥器中保存，自然冷卻后研磨至粒徑小于 0. 3mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煙氣脫汞吸附劑，其特征在于所述的預(yù)處理包括依次對生 物質(zhì)原料進(jìn)行干燥、破碎和篩分出粒徑小于Imm的粉末備用的處理。
5.一種制備權(quán)利要求1所述的煙氣脫汞吸附劑的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在N2氣氛下，將熱解爐溫度升至600°C 900°C，然后迅速將預(yù)處理好的生物質(zhì)粉 末送入熱解爐中，熱解10 30min ；取出置于干燥器中保存，自然冷卻后研磨至粒徑小于 0. 3mm,即制得所需的生物質(zhì)熱解焦；破碎干燥的生物質(zhì)熱解焦使其粒徑小于Imm ；(2)把生物質(zhì)熱解焦放入裝有鹵銨鹽溶液的容器中浸漬，并連續(xù)攪拌8 12h；(3)過濾去除生物質(zhì)熱解焦水份，45 50°C下烘干，即制得煙氣脫汞吸附劑；其中，鹵銨鹽溶液的質(zhì)量濃度為廣2%，生物質(zhì)焦與鹵銨鹽溶液的質(zhì)量體積比為1% 10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備煙氣脫汞吸附劑的方法，其特征在于步驟(1)中，所 述的預(yù)處理包括依次對生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥、破碎和篩分出粒徑小于Imm的粉末備用的處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法。該煙氣脫汞吸附劑為利用鹵化銨鹽改性的生物質(zhì)熱解焦。該煙氣脫汞吸附劑的制備方法包括生物質(zhì)熱解焦的制備；把生物質(zhì)熱解焦放入裝有鹵銨鹽溶液的容器中浸漬，并連續(xù)攪拌8～12h；過濾去除生物質(zhì)熱解焦水份，45～50℃下烘干即可。本發(fā)明將生物質(zhì)熱解焦用于制備煙氣脫汞吸附劑是生物質(zhì)的一種全新的利用方式；是生物質(zhì)可再生能源的資源化利用。這種吸附劑制取方法簡單、成本低、能夠有效吸附煙氣中汞；該方法能夠促進(jìn)生物質(zhì)類可再生能源的規(guī)?；咝Ю?。用生物質(zhì)熱解焦制備煙氣脫汞吸附劑既能開發(fā)利用生物質(zhì)可再生資源，又能減排燃煤汞污染物，還可形成生物質(zhì)資源的規(guī)?；?，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)利用的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。
文檔編號B01D53/02GK101985099SQ201010553069
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者尹建軍, 段鈺鋒, 王卉, 王運(yùn)軍 申請人:東南大學(xué)