一种高效的燃煤烟气脱汞吸附剂的制备工艺及其产品的制作方法

1.本发明涉及材料制备领域，涉及一种高效的燃煤烟气脱汞吸附剂的制备工艺及其产品，具体涉及一种用于燃煤烟气脱汞的硫化物改性多孔吸附新材料的合成方法及其产品。


背景技术：

2.在环境问题日益受到重视的今天，汞污染治理逐渐成为当下研究的热点之一。汞是一种难降解、积累性强的重金属污染物，进入环境中难以去除，是一种剧毒性物质。除汞污染对人体健康和环境生态的影响外，由于其具备的可迁移性，汞的排放可能会引起国际外交的争端。现如今，利用吸附剂脱汞被认为是最有效的汞脱除方法，其吸附原理是单质汞与高活性吸附剂表面的活性位点结合，以达到脱除的效果。因此，高活性吸附剂的制备也就成了催化氧化去除燃煤烟气汞技术的最核心内容。活性炭等具有高比表面积和多活性位点等特点的材料被广泛的用于脱汞。但未改性的活性炭吸附单质汞能力较差，吸附无选择性。此外，活性炭吸附剂再生性能表现并不优良，且作为一种有毒有害的固体废弃物，处理不当可能造成二次污染且处理成本高。这也使得活性炭在实际应用中受限。
3.根据大量的催化剂研究总结，制备多孔材料并对其进行表面修饰是现阶段学术研究的重点。通过改变载体的种类和其表面负载的活性中心可有效提高吸附剂的脱汞性能。尽管相关的研究发明很多，但是常规方法制备的脱汞吸附剂还是存在催化活性偏低的缺点。因此，探索新的催化剂制备工艺迫在眉睫。近年来，低温等离子体技术作为新发展的制备工艺，以其能提高催化剂活性被广泛应用于材料制备。目前，多数文献报道将低温等离子体技术用以负载型催化剂的制备，以此提高催化剂载体表面活性中心的分散度，从而提高所制备催化剂的催化活性。在发明人前期研究中发现，除了提高活性中心的分散度，低温等离子体还能够改变催化剂的表面结构，而催化剂的表面结构与催化剂的催化活性又息息相关。因此以特殊气氛对材料进行改性，有利于进一步提高催化剂的脱汞性能。
4.本发明基于传统的浸渍法工艺，提出以低温等离子体工艺进行改良，最终制备出高活性的脱汞新材料。该吸附剂的制备工艺简单，经济成本低廉，具有良好的应用前景。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于为了克服现有技术的缺点与不足，以低温等离子体技术为核心，提供一种改性复合硫化物吸附剂体系的制备方法。所述方法能够制备出高脱汞性能吸附剂，同时所制备的吸附剂具制备工艺简单与经济低成本等特点。
6.本发明的目的通过下述方案实现：
7.本发明提供的改性复合硫化物吸附剂的制备方法：采用多孔材料作为载体，以硝酸盐为改性剂，以h2s-低温等离子体为手段，按下述步骤依次进行：
8.(1)取适量硝酸盐溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；
9.(2)采用等体积浸渍法，往上述溶液中加入适量多孔材料，并浸渍过夜；
10.(3)将等体积浸渍后的样品干燥后得到相应吸附剂前驱体；
11.(4)将干燥后的吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中，并使其处在放电区中；
12.(5)以一定比例的h2s和氮气的混合气体为气氛，在一定气体流速下，以一定功率放电1-5h后停止，得到所需吸附剂材料。
13.作为优选，步骤(1)中，硝酸盐采用硝酸铁或硝酸铜或硝酸锰；
14.作为优选，步骤(1)中，硝酸盐与多孔材料的质量比为0.02～0.15：1；
15.作为优选，步骤(2)中，多孔材料采用tio2，sio2或者丝光沸石；
16.作为优选，步骤(5)中，混合气体中h2s的体积含量为0.5％～5％；
17.作为优选，步骤(5)中，混合气体流速为150～300ml/min；
18.作为优选，步骤(5)中，低温等离子体放电功率为30～50w；
19.作为优选，步骤(5)中，低温等离子体放电时间为2h。
20.本发明的另一个目的是提供一种高效的燃煤烟气脱汞吸附剂。
21.相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：1、本发明的吸附剂制备工艺简单，成本低廉，生产周期短，效率高；2、本发明规避了传统的高温热处理工艺，且简单有效地制备出了硫化物负载吸附剂。
22.本发明基于等体积浸渍法制备吸附剂前驱体的基础上，采用低温等离子体工艺处理吸附剂前驱体，最终获得所需吸附剂。在上述化学制备过程中，制备高效燃煤烟气脱汞吸附剂的关键技术在于吸附剂前驱体结构的控制与等离子处理下活性中心的相互掺杂。具体反应原理如下：
23.首先通过浸渍法制得吸附剂前驱体，又以h2s-低温等离子体轰击，从而制得所需改性硫化复合氧化物催化剂。由于低温等离子体的作用，气态的h2s产生高能电子与自由基，能够使得过渡金属离子直接生成金属硫化物，能够使得烟气中的单质汞被高效吸附脱除。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
25.实施例1
26.取0.05g硝酸盐溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的sio2载体，等体积浸渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量为2％，其余为氮气)、流速为150ml/min的混合气，在45w的放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。硝酸盐类型对于吸附剂脱汞性能的影响，如表1所示。
27.表1硝酸盐类型对于吸附剂脱汞性能影响
28.硝酸盐类型脱汞效率(％)硝酸铁85.0硝酸铜78.3硝酸锰81.2
29.实施例2
30.取一定质量比的硝酸铁溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的sio2载体，等体积浸渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量为2％，其余为氮气)、流速为150ml/min的混合气，在45w的放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。硝酸盐质量比对于吸附剂脱汞性能的影响，如表2所示。
31.表2硝酸盐质量比对于吸附剂脱汞性能影响
[0032][0033][0034]
实施例3
[0035]
取0.05g硝酸铁溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的多孔载体材料，等体积浸渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量为2％，其余为氮气)、流速为150ml/min的混合气，在45w的放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。载体类型对于吸附剂脱汞性能的影响，如表3所示。
[0036]
表3载体类型对于吸附剂脱汞性能影响
[0037]
载体类型脱汞效率(％)sio285.0tio283.5丝光沸石80.9
[0038]
实施例4
[0039]
取0.05g硝酸铁溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的sio2载体，等体积浸渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量见表4，其余为氮气)、流速为150ml/min的混合气，在45w的放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。h2s气体比例对于吸附剂脱汞性能的影响，如表4所示。
[0040]
表4h2s气体比例对于吸附剂脱汞性能影响
[0041]
h2s气体比例(％)脱汞效率(％)0.583.8285.0585.2
[0042]
实施例5
[0043]
取0.05g硝酸铁溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的sio2载体，等体积浸
渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量为2％，其余为氮气)、一定流速的混合气，在45w的放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。气体流速对于吸附剂脱汞性能的影响，如表5所示。
[0044]
表5气体流速对于吸附剂脱汞性能的影响
[0045]
气体流速(ml/min)脱汞效率(％)15085.025081.930080.6
[0046]
实施例6
[0047]
取0.05g硝酸铁溶于去离子水，搅拌直至完全溶解；加入1g的sio2载体，等体积浸渍24h；上述样品置于烘箱干燥后，将所得吸附剂前驱体放入低温等离子体反应器中；向低温等离子体反应器中通入混合气体(其中h2s气体的体积含量为2％，其余为氮气)、流速为150ml/min的混合气，在一定放电功率下放电2h后，得到所需吸附剂材料。将所得吸附剂进行模拟燃煤烟气脱汞的催化燃烧实验。放电功率对于吸附剂脱汞性能的影响，如表6所示。
[0048]
表6放电功率对于吸附剂脱汞性能影响
[0049]
放电功率(w)脱汞效率(％)3082.64085.05085.3