[发明专利]一种用于烟气脱汞的改性磁性催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于烟气脱汞领域，尤其涉及一种改性磁性催化剂及其制备方法，以及使用该改性磁性催化剂对烟气脱汞的应用方法。

背景技术

活性炭喷射法是一种较为成功的烟气脱汞技术。在过去的二十年中，这种技术已经在美国和欧洲成熟的应用于废弃物燃烧烟气中控制汞，其主要原理为烟气中气相的汞与活性炭相接触并且粘附与活性炭表面，而后随着活性炭一起被FF或者ESP捕集，从而脱除烟气中的汞。

在美国，活性炭喷射法广泛的应用于燃煤电厂烟气脱汞，根据现行汞排放控制法规已在17个州实施的现状，以及对新建电厂的更为严厉法规执行趋势，估计发电工业活性炭的年需求量将新增4亿磅。

活性炭喷入后于飞灰混在一起，难以再生，同时影响飞灰品质。喷入活性炭颗粒在烟道中的停留时间很短，从喷入到被除尘装置除去，仅有几秒到几十秒；活性炭吸附的汞含量远远低于饱和吸附量，导致活性炭的利用率很低。不可重复利用与极低的利用率，致使活性炭喷射脱汞技术的费用大增。美国环保署曾对活性炭喷射技术成本作过估计，按目前的技术水平达到90％的脱汞效率，每脱除1kg汞需花费US$11023～61728，其高昂的费用令国内的燃煤电厂望而生畏。此外普通的活性炭喷射法也只是将污染从烟气中转移至飞灰中，并未真正的将汞脱除出来。

因此寻找一种可以重复多次使用的活性炭，提高活性炭的利用率，可以极大的降低活性炭喷射技术的成本，并有可真正的将污染物汞从中脱除，有利于这项技术在国内的推广与使用。

磁性活性炭在其他领域也有应用，用活性炭从氰化矿浆或溶液提取黄金已有数十年的历史，由于活性炭质脆、易碎，部分已吸附黄金的炭粉随着尾矿流失，造成黄金的损失，为避免炭粉的流失。发展了磁炭法即赋活性炭以磁性，在尾矿处加以磁场吸附具有磁性的碎活性炭，这样就可减少黄金的流失。

对活性炭进行改性提高其吸附汞的能力，同时将所吸附的汞固定的方法，已有多篇专利。中国发明专利“一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法”(申请号200810197620)，以SO₂为硫源，在温度为300～850℃范围内，是活性炭与SO₂发生表面反应，生成含硫表面官能团，同时使活性炭的部分微孔扩展为介孔，得到介孔赋硫活性炭。公开号为CN101497029A的中国发明专利“用于烟气脱汞的吸附剂及其制备方法”，公开了一种采用硫磺通过热沉淀获得赋硫活性炭的方法。除此之外还有多篇关于活性炭赋溴的专利和文献这里不再一一叙述。

根据文献报道：如需脱除烟气中86％的汞，喷入烟道中的活性炭与汞的比例需大于10000，烟气中的汞量以20μg/m³计，则每方烟气需投加0.2g活性炭，结合锅炉的每小时数万至数十万烟气量，一个锅炉每年投加的活性炭的量是巨大的。而传统的活性炭喷射法活性炭只能利用一次；喷射后混入飞灰的活性炭远远没有达到对汞的饱和吸附量，仍然有脱汞的能力，这是一种资源的极大浪费；并且大量的添加活性炭会提高飞灰中的碳含量，而过高的碳含量会限制飞灰作为混凝土添加剂的商业应用；此外被活性炭吸附的汞仍然留着飞灰中，并未真正的脱除只是将其转移，可能会造成二次污染。

发明内容

本发明提供了一种可重复使用的改性磁性催化剂及其制备方法，以及使用该改性磁性催化剂对烟气脱汞的方法。

一种用于烟气脱汞的改性磁性活性炭，包括以下重量百分比的成分：50％～90％活性炭，5％～40％Fe₃O₄，其余为可溶性硫化物或溴化物。所述的可溶性的硫化物或溴化物优选为Na₂S或NaBr

所述的改性磁性活性炭的比表面积为150～1500m²/g，磁力均值为15～50J/(T·k·g)。

磁性活性炭的再改性主要采用溶液浸渍法，以避免高温下利用卤素、硫等单质改性时和磁性成分反应，消除活性炭的磁性。

一种如上所述的用于烟气脱汞的改性磁性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

a)选用市售椰壳活性炭，将活性炭洗净晾干后，在80～100℃下烘干。

b)将FeCl₃和FeSO₄按照[Fe²⁺]∶[Fe³⁺]＝0.5～2的比例，加入40～60℃的水，配制成质量分数为10～60％的混合溶液，容器应密闭并利用N₂隔绝空气，防止亚铁离子被氧化。

c)将步骤a)得到的活性炭颗粒倒入步骤b)得到的混合溶液中浸泡2～4小时。