一種高效復(fù)合廢氣處理劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效復(fù)合廢氣處理劑及其制備方法，涉及廢氣處理劑技術(shù)領(lǐng)域，所述高效復(fù)合廢氣處理劑，由以下物質(zhì)制成：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、三聚氰胺、甲醛、氯化鐵、碳酸鈣、氫氧化鈉、水，本發(fā)明的復(fù)合廢氣處理劑不含有害物質(zhì)，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，采用復(fù)合材料能有效提高處理劑的吸附效果，且本發(fā)明的廢氣處理劑能反復(fù)利用，提高了材料的利用率，通過核殼結(jié)構(gòu)，提高了材料的比表面積，使反應(yīng)的活性位點大幅度增加，從而提高對二氧化硫和二氧化碳的吸附效果，提高了脫硫脫碳的效果和速率。
【專利說明】
一種高效復(fù)合廢氣處理劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及廢氣處理劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效復(fù)合廢氣處理劑及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃煤電廠、冶金行業(yè)等煙氣中含有C〇2和S〇2等酸性氣體，S〇2是大氣主要污染物之 一，是酸雨的形成源，co2是主要溫室氣體，是目前引起氣候變化的主因之一。隨著環(huán)境保護 對大氣污染物排放要求的日益提高，在煙氣凈化過程中，如何高效合理地選用脫碳脫硫工 藝，以較低投資和運行費用達到煙氣脫碳脫硫的凈化目的，既使煙氣中so 2排放符合國家排 放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，又能降低C02排放量，是目前燃煤電廠、冶金行業(yè)等健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。因 此，各種高性能co 2和so2捕集劑的開發(fā)是此領(lǐng)域研究的主題之一，近幾年來，鈣基吸附劑由 于其獨特的性能一直是本領(lǐng)域研究與開發(fā)的熱門課題。
[0003] 目前已實現(xiàn)工業(yè)化的煙氣處理方法對于同一種煙氣的脫碳和脫硫是分別進行的， 其中脫碳主要是胺法;煙氣脫硫按脫硫劑的種類常見的方法有：以CaC〇3為基礎(chǔ)的鈣法，以 MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na 2S03為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機堿為基礎(chǔ)的有機堿 法。世界上90%以上的商業(yè)化煙氣脫硫采用鈣法脫硫技術(shù)，鈣法分為濕法、干法和半干法。 濕法技術(shù)是采用含有吸收劑的溶液或漿液處理煙氣，該法具有脫碳脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備 簡單、脫除效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運行維護費用高及造成二次污染等問題； 干法脫硫技術(shù)是吸收過程和產(chǎn)物的處理均在無水狀態(tài)下進行，該法具有無廢酸污水排出、 設(shè)備腐蝕較輕，煙氣溫度無明顯降低、二次污染少等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較 慢、設(shè)備龐大等問題;還有半干法脫硫技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再 生，或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的煙氣脫硫技術(shù)。
[0004] 半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點，又有干法無污水廢酸 排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關(guān)注。在干法化學(xué)吸收煙氣中硫和碳 氧化物中，吸收劑的性能從根本上決定了C0 2和S02捕集操作的效率，吸收劑的性能對廢氣的 處理效果由很大的影響。
[0005] 鈣基吸附劑在工業(yè)應(yīng)用具有很大優(yōu)勢，其可實現(xiàn)碳和硫的多重捕集，將C〇2和S〇2的 直接封存，具有捕集效率高，節(jié)能，原料價格低廉，吸附劑成本低，經(jīng)濟性高等優(yōu)點。但鈣基 吸附劑在吸附過程中，其捕集能力會逐漸衰減，吸附劑在較高溫度時引起燒結(jié)，吸附能力惡 化?？梢娢絼┰谖⒂^結(jié)構(gòu)和屬性上，如表面積、孔體積和結(jié)構(gòu)以及表面積，都會對反應(yīng)特 性造成影響。吸附劑的初始反應(yīng)活性是重要的，其捕集特性起著重要的作用。因此，為了提 高吸附劑的反應(yīng)活性和減少吸附劑用量，改善鈣基吸附劑的微觀結(jié)構(gòu)是一重要途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高效的復(fù)合廢氣處理劑，它可以實現(xiàn)對 廢氣中C0dPS02的多重捕及，具有捕集效率高，節(jié)能，原料價格低廉，吸附劑成本低，經(jīng)濟性 尚等優(yōu)點。
[0007] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0008] 一種高效復(fù)合處理劑，由以下重量份的物質(zhì)制成：聚乙烯吡咯烷酮50~100份、聚 乙烯醇80~120份、三聚氰胺15~30份、甲醛15~30份、氯化鐵65~115份、碳酸鈣50~60份、 氫氧化鈉20~60份、水740~2900份。
[0009] 優(yōu)選的，所述高效復(fù)合廢氣處理劑，由以下重量份的物質(zhì)制成：聚乙烯吡咯烷酮60 ~80份、聚乙烯醇80~100份、三聚氰胺20~25份、甲醛20~25份、氯化鐵80~97份、碳酸鈣 50~60份、氫氧化鈉40~60份、水900~2000份。
[0010] 優(yōu)選的，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為34000-380000。
[0011] 優(yōu)選的，所述聚乙烯醇的分子量為2000-8000。
[0012]優(yōu)選的，所述氯化鐵和碳酸鈣的摩爾比為0.8~1.2:1。
[0013]優(yōu)選的，所述碳酸鈣粉末為200~250目的粉末。
[0014] 一種高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，包括以下步驟：
[0015] (1)將聚乙烯醇在80-100°C下溶解于3~20倍的水中，然后冷卻至室溫，調(diào)節(jié)溶液 pH為3.2~5.5，取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40%的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至7.0~9.0，加入三聚氰胺， 在78~85°C下反應(yīng)15~25min;
[0016] (2)在聚乙烯醇水溶液中依次加入乙烯吡咯烷酮粉末和氯化鐵粉末，在室溫下攪 拌10~15min，然后再加入碳酸媽粉末，攪拌成均勾的懸浮液；
[0017] ⑶將步驟⑴中的甲醛溶液加入步驟⑵的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取 出，再在室溫放置下3~5天，制得淺黃色水凝膠；
[0018] (4)將凝膠完全浸入1~3M氫氧化鈉溶液中，室溫下浸泡3~5小時，至凝膠變成紅 褐色；
[0019] (5)將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至 350-400°C，煅燒2~4小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。
[0020] 優(yōu)選的，所述高效復(fù)合廢氣處理劑為核殼結(jié)構(gòu)，其殼為碳骨架與氧化鐵組成的多 孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部核為氧化鈣。
[0021] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過凝膠，使氯化鐵固定在碳酸鈣的周圍，再通過在堿 液中的浸泡，是氯化鐵轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，最后再通過煅燒，使氫氧化鐵轉(zhuǎn)化為氧化鐵，碳酸 鈣轉(zhuǎn)換為氧化鈣，凝膠分子碳化為碳骨架，起固定氧化鐵和吸附氣體的作用，得到核殼結(jié)構(gòu) 的分子吸附劑;本發(fā)明提供了一種以氧化鐵和氧化鈣為主要成分的高效復(fù)合廢氣處理劑， 氧化鐵能與二氧化硫發(fā)生一系列反應(yīng)，且反應(yīng)的最終產(chǎn)物是氧化鐵和硫酸，這既實現(xiàn)了氧 化鐵的回收利用，同時又實現(xiàn)了廢物利用，提高了廢棄能源的利用率;氧化鈣既能有效吸附 廢氣中的二氧化硫廢氣，還可以吸收二氧化碳廢氣，也可以實現(xiàn)循環(huán)利用。本發(fā)明的復(fù)合廢 氣處理劑不含有害物質(zhì)，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，采用復(fù)合材料能有效提高處理劑的吸附效 果，且本發(fā)明的廢氣處理劑能反復(fù)利用，提高了材料的利用率，通過核殼結(jié)構(gòu)，提高了材料 的比表面積，使反應(yīng)的活性位點大幅度增加，從而提高對二氧化硫和二氧化碳的吸附效果， 提高了脫硫脫碳的效果和速率。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例， 對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部 分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出 創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023] 實施例1:
[0024] 一種高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，包括以下步驟：
[0025] (1)將80份聚乙烯醇(Mw = 8000)在80°C下溶解于240mL的水中，然后冷卻至室溫， 調(diào)節(jié)溶液pH為3.2，取20份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40 %的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至7.0，加入20份三聚 氰胺，在78~85°C下反應(yīng)15~25min;
[0026] (2)在聚乙烯醇水溶液中依次加入100份乙烯吡咯烷酮粉末(Mw = 34000)和97份氯 化鐵粉末，在室溫下攪拌10~15min，然后再加入50份200目碳酸鈣粉末，攪拌成均勻的懸浮 液；
[0027] (3)將步驟（1)中的甲醛溶液加入步驟(2)的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取 出，再在室溫放置下3天，制得淺黃色水凝膠；
[0028] (4)將20份氫氧化鈉溶解于500mL水中，將凝膠完全浸入氫氧化鈉溶液中，室溫下 浸泡3小時，至凝膠變成紅褐色；
[0029] (5)將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至 400°C，煅燒2小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。
[0030] 實施例2:
[0031] 一種高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，包括以下步驟：
[0032] (1)將80份聚乙烯醇(Mw = 5000)在100°C下溶解于400mL倍的水中，然后冷卻至室 溫，調(diào)節(jié)溶液pH為5.5，取15份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40 %的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至8.0，加入15份 三聚氰胺，在78~85°C下反應(yīng)15~25min;
[0033] (2)在聚乙烯醇水溶液中依次加入80份乙烯吡咯烷酮粉末(Mw = 54000)和80份氯 化鐵粉末，在室溫下攪拌10~15min，然后再加入60份200目碳酸鈣粉末，攪拌成均勻的懸浮 液；
[0034] (3)將步驟（1)中的甲醛溶液加入步驟(2)的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取 出，再在室溫放置下5天，制得淺黃色水凝膠；
[0035] (4)將40份氫氧化鈉溶解于500mL水中，將凝膠完全浸入氫氧化鈉溶液中，室溫下 浸泡4小時，至凝膠變成紅褐色；
[0036] (5)將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至 350°C，煅燒4小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。
[0037] 實施例3:
[0038] 一種高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，包括以下步驟：
[0039] (1)將100份聚乙烯醇(Mw = 8000)在100°C下溶解于1000mL倍的水中，然后冷卻至 室溫，調(diào)節(jié)溶液pH為3.8，取30份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40 %的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至8.0，30份加 入三聚氰胺，在78~85°C下反應(yīng)15~25min;
[0040] (2)在聚乙烯醇水溶液中依次加入60份乙烯吡咯烷酮粉末(Mw = 34000)和65份氯 化鐵粉末，在室溫下攪拌10~15min，然后再加入50份250目碳酸鈣粉末，攪拌成均勻的懸浮 液；
[0041] (3)將步驟（1)中的甲醛溶液加入步驟(2)的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取 出，再在室溫放置下3天，制得淺黃色水凝膠；
[0042] (4)將40份氫氧化鈉溶解于500mL水中，將凝膠完全浸入氫氧化鈉溶液中，室溫下 浸泡5小時，至凝膠變成紅褐色；
[0043] (5)將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至 400°C，煅燒3小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。
[0044] 實施例4:
[0045] -種高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，包括以下步驟：
[0046] (1)將100份聚乙烯醇(Mw = 2000)在80°C下溶解于1200mL的水中，然后冷卻至室 溫，調(diào)節(jié)溶液pH為4.5，取25份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40 %的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至9.0，加入25份 三聚氰胺，在78~85°C下反應(yīng)15~25min;
[0047] (2)在聚乙烯醇水溶液中依次加入115份乙烯吡咯烷酮粉末(Mw = 380000)和氯化 鐵粉末，在室溫下攪拌10~15min，然后再加入60份250目碳酸鈣粉末，攪拌成均勻的懸浮 液；
[0048] (3)將步驟（1)中的甲醛溶液加入步驟(2)的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取 出，再在室溫放置下4天，制得淺黃色水凝膠；
[0049] (4)將60份氫氧化鈉溶解于500mL水中，將凝膠完全浸入氫氧化鈉溶液中，室溫下 浸泡5小時，至凝膠變成紅褐色；
[0050] (5)將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至 350°C，煅燒3小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。
[0051]測試條件:取實施例1~5制備的成品廢氣處理劑進行如下測試:分別取50g廢氣處 理劑放入固定床反應(yīng)器中，進行模擬煙氣性能測試，固定床反應(yīng)器的反應(yīng)條件為煙氣壓力 為0.12MPa，流量200mL/min，吸附 30min，溫度為80 °C [0052]表1:實施例1~5中的廢氣處理劑的處理效果
[0054]綜上，本發(fā)明實施例具有如下有益效果:本發(fā)明的復(fù)合廢氣處理劑不含有害物質(zhì)， 不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，采用復(fù)合材料能有效提高處理劑的吸附效果，且本發(fā)明的廢氣處理 劑能反復(fù)利用，提高了材料的利用率，通過核殼結(jié)構(gòu)，提高了材料的比表面積，使反應(yīng)的活 性位點大幅度增加，從而提高對二氧化硫和二氧化碳的吸附效果，提高了脫硫脫碳的效果 和速率。
[0055]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋 非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0056]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例 對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施 例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者 替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，由以下重量份的物質(zhì)制成:聚乙烯吡咯烷酮 50~100份、聚乙烯醇80~120份、三聚氰胺15~30份、甲醛15~30份、氯化鐵65~115份、碳 酸鈣50~60份、氫氧化鈉20~60份、水740~2900份。2. 如權(quán)利要求1所述的高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，由以下重量份的物質(zhì)制成： 聚乙烯吡咯烷酮60~80份、聚乙烯醇80~100份、三聚氰胺20~25份、甲醛20~25份、氯化鐵 80~97份、碳酸鈣50~60份、氫氧化鈉40~60份、水900~2000份。3. 如權(quán)利要求2所述的高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的聚合 度為 25000-40000。4. 如權(quán)利要求3所述的高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，所述聚乙烯醇的分子量為 2000-8000〇5. 如權(quán)利要求4所述的高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，所述氯化鐵和碳酸鈣的摩爾 比為0.8~1.2:1。6. 如權(quán)利要求5所述的高效復(fù)合廢氣處理劑，其特征在于，所述碳酸鈣粉末為200~250 目的粉末。7. -種如權(quán)利要求1~6任一所述的高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： (1) 將聚乙烯醇在80-100°C下溶解于3~20倍的水中，然后冷卻至室溫，調(diào)節(jié)溶液pH為 3.2~5.5，取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35~40 %的甲醛水溶液，調(diào)節(jié)pH至7.0~9.0，加入三聚氰胺，在78 ~85°C下反應(yīng)15~25min; (2) 在聚乙烯醇水溶液中依次加入乙烯吡咯烷酮粉末和氯化鐵粉末，在室溫下攪拌10 ~15min; (3) 將步驟（1)中的甲醛溶液加入步驟(2)的聚乙烯醇溶液中，反應(yīng)2~3小時后取出，再 在室溫放置下3~5天，制得淺黃色水凝膠； (4) 將溶膠完全浸入6M氫氧化鈉溶液中，室溫下浸泡3~5小時，至凝膠變成紅褐色； (5) 將水凝膠放入真空馬弗爐中，通入惰性氣體，然后以10°C/min的速率升溫至350-400°C，煅燒2~4小時，即得到高效復(fù)合廢氣處理劑。8. 如權(quán)利要求7所述高效復(fù)合廢氣處理劑的制備方法，其特征在于，所制備的高效復(fù)合 廢氣處理劑為核殼結(jié)構(gòu)，其殼為碳骨架與氧化鐵組成的多孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部核為氧化鈣。
【文檔編號】B01J20/32GK106000308SQ201610417091
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】王春保
【申請人】馬鞍山市順達環(huán)保設(shè)備有限公司