一种改性磁性脱汞吸附剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及大气污染治理及功能材料制备，尤其涉及一种改性磁性脱汞吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、汞（hg）作为一种全球性的持久性有毒污染物，其环境与健康风险已受到国际社会的广泛关注。在燃煤过程中产生的多种汞形态中，元素汞（hg0）由于具有高挥发性、化学惰性及难溶于水等特性，难以通过常规污染控制技术去除，成为烟气净化中的关键难点。目前，工业上应用最广泛的活性炭喷射（aci）技术存在明显局限：一方面，为满足日益严格的排放标准，需投加大量活性炭，导致运行成本显著增加（每脱除1kg汞约需6~10万美元）；另一方面，吸附汞后的活性炭进入飞灰体系，会降低粉煤灰品质，影响其资源化利用。在此背景下，开发可循环利用的磁性脱汞吸附剂成为重要研究方向。利用燃煤飞灰中天然存在的磁珠（magnetospheres，简称：mf）作为载体，具有来源广泛、成本低廉等优势。现有技术通过引入cu和cl等活性组分对磁珠进行改性，可在一定程度上提升hg0的去除能力。然而，该类基于cu/cl改性的技术体系仍存在一定局限。为降低成本并减小腐蚀风险，研究者提出采用铁基氯化物（如fecl3）替代cucl2构建脱汞体系。然而，fecl3在常规浸渍-热干燥过程中对液态水环境及温度条件较为敏感，易发生水解反应，导致cl活性组分以hcl形式挥发流失，从而难以实现稳定负载，成为制约铁基体系应用的关键问题。具体表现为：

2、（1）不同氯化物体系稳定性差异带来的应用局限：目前较为常见的是采用cucl2通过常规浸渍-热干燥方法对磁珠进行改性，该体系在一定程度上可实现hg0的有效去除。然而，当尝试采用fecl3作为活性组分时，由于其水解倾向更强，在传统工艺条件下难以实现稳定负载，限制了铁基低成本体系的应用潜力；

3、（2）常规浸渍-热干燥过程导致cl元素严重流失：在fecl3负载过程中，传统热干燥（通常高于100℃）会加速其在液态水环境中的水解反应，使cl元素以hcl形式挥发逸出，导致表面有效cl含量显著降低。该过程不仅降低活性位点密度，还会改变活性组分的存在形态，从而削弱对hg0的氧化能力；

4、（3）活性位点分布不均及结构致密化问题：在热干燥过程中，溶液中活性组分随水分迁移并发生局部富集或团聚，易在载体表面形成不均匀且甚至致密的覆盖层，限制hg0向内部活性位点的扩散，进一步影响脱汞效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性磁性脱汞吸附剂及其制备方法和应用。本发明制得的改性磁性脱汞吸附剂能够实现cl元素的稳定负载与高效利用，显著提升对hg0的吸附性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种改性磁性脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

4、利用fecl3溶液浸渍磁珠，得到改性磁珠；

5、将所述改性磁珠进行冷冻处理，得到所述改性磁性脱汞吸附剂，所述冷冻处理包括依次进行的速冻和冷冻干燥，所述速冻的温度为-10℃；

6、所述fecl3溶液的浓度为3~9wt%。

7、优选地，所述速冻的时间为2~6h。

8、优选地，所述浸渍为等体积原位浸渍。

9、优选地，所述fecl3溶液与磁珠的用量比为0.15~0.18ml：1g。

10、优选地，所述浸渍后还包括依次进行超声处理和静置。

11、优选地，所述超声处理的温度为5~10℃。

12、优选地，所述冷冻干燥的温度为0~10℃，压力为10pa，时间为24~48h。

13、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的改性磁性脱汞吸附剂，所述改性磁性脱汞吸附剂中cl元素的质量分数为0.307~1.23%。

14、本发明还提供了上述技术方案所述的改性磁性脱汞吸附剂在烟气脱汞领域中的应用。

15、本发明提供了一种改性磁性脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤：利用fecl3溶液浸渍磁珠，得到改性磁珠；将所述改性磁珠进行冷冻处理，得到所述改性磁性脱汞吸附剂，所述冷冻处理包括依次进行的速冻和冷冻干燥，所述速冻的温度为-10℃；所述fecl3溶液的浓度为3~9wt%。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

17、（1）本发明有效抑制fecl3水解，实现cl元素高保留，相比传统浸渍-热干燥法（cl元素基本水解和挥发），低温冷冻干燥法制备的吸附剂表面cl元素质量分数基本维持不变，为后续脱汞反应提供了充足的氧化位点。

18、（2）本发明构建均匀分散的疏松多孔结构，速冻过程中冰晶模板的去除在磁珠表面形成均匀的孔隙结构，使fecl3高度分散，避免了传统干燥导致的团聚与覆盖不均问题，同时显著提升hg0的传质与反应效率。

19、（3）本发明拓展铁基低成本脱汞材料的可行性，突破了fecl3难以稳定负载的技术瓶颈，使其在不依赖其他金属助剂的情况下实现高效脱汞性能，为开发低成本、环境友好的铁基吸附剂提供了新的技术路径。

20、（4）本发明在实际烟气条件下保持优良脱汞性能，由于活性组分稳定存在且结构有利于传质，所述改性磁性脱汞吸附剂在100~160℃燃煤烟气温度区间内表现出优异的hg0去除能力，并增强so2和h2o抗干扰性。

21、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的改性磁性脱汞吸附剂，本发明的改性磁性脱汞吸附剂能够实现cl元素的稳定负载与高效利用，显著提升对hg0的吸附性能。

1.一种改性磁性脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述速冻的时间为2~6h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述fecl3溶液与磁珠的用量比为0.15~0.18ml：1g。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍后还包括依次进行超声处理和静置。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声处理的温度为5~10℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为0~10℃，压力为10pa，时间为36h。

7.权利要求1~6任一项所述的制备方法制得的改性磁性脱汞吸附剂，其特征在于，所述改性磁性脱汞吸附剂中cl元素的质量分数为0.307~1.23%。

8.权利要求7所述的改性磁性脱汞吸附剂在烟气脱汞领域中的应用。