[发明专利]一种改性生物质活化焦脱汞吸附剂及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于生物质资源的综合利用和工业废气脱汞领域，涉及一种利用磷酸活化和卤化铵盐改性生物质焦制备脱汞吸附剂的方法。

 

背景技术

汞及其化合物是一类有毒有害物质，微剂量的汞即可对人体健康和生态水土大气等自然环境造成巨大的危害，并且具有地区间迁徙、生物体内富集、食物链毒性传递、强潜伏性等特征。除自然原因外，矿物燃料燃烧、金属冶炼、水泥生产、氯碱工业、市政行业等人为活动已日渐成为大气中汞污染的重要来源。目前，全球不少国家已经制定了专门针对垃圾焚烧、矿物加工、燃煤发电等工业生产过程汞排放限制的法律法规和行业标准。

从脱除效率、设备改造、运行操作难度、对现有设备影响及是否引入新污染物等多方面综合考量，吸附剂烟气喷射技术被认为是最具工业前景的汞脱除技术，并已在城市固废焚烧装置上得到广泛应用，亦是我国进行工业废气中汞污染防治的首选之策。目前最为常用的吸附剂为商业活性炭，并在美国、欧洲等得到实际运行检验，获得较佳的脱汞效果，但其仍存在竞争吸附、温度窗口窄、运行成本高、再生性能差、影响副产品品质等问题。可见，活性炭烟气喷射脱汞的关键问题归根结底是其高昂的运行成本，由此衍生两类降低成本的方法：一是对吸附剂进行改性，强化单位质量汞吸附性能，从而减少吸附剂的总消耗量；二是积极寻求廉价高效的替代吸附剂。

生物质具有来源广泛、储量丰富、清洁环保、价格低廉等优点，在日趋严重的传统能源紧缩和环境污染问题的双重压力下，已成为国内外相关领域的关注焦点。生物质热解、活化所得生物质活化焦具有与活性炭相似的发达孔隙结构，因而具备一定的物理吸附能力，对其进行化学改性，在其表面形成有利于汞吸附的官能团，则有可能获得具有高效吸附能力的脱汞吸附剂，实现以低碳农林业废弃物代替高碳能源活性炭，降低脱汞吸附剂的成本，便于工业推广和应用。

 

发明内容

技术问题：本发明针对现有活性炭脱汞吸附剂存在的不足，提供了一种利用生物质经过简单的热解、活化和改性处理后具有高效脱除工业废气中汞的能力的改性生物质活化焦脱汞吸附剂及其制备方法。

技术方案：本发明的制备改性生物质活化焦吸附剂的方法，包括以下步骤：

（1）按照生物质与磷酸的质量比1:1~1:3，将粒度在100目以下的生物质颗粒浸入质量百分数为20%~60%的磷酸溶液中，并使用磁力搅拌器连续搅拌12~24 h，得到磷酸生物质液固混合物；

（2）过滤步骤（1）得到的磷酸生物质液固混合物，将滤去清液后所得生物质颗粒在45~50 ℃下烘干；

（3）在N₂气氛下，将磷酸浸渍处理后的生物质颗粒在400~600 ℃下热解活化30~90 min，得到活化料；

（4）取出步骤（3）得到的活化料，并用去离子水洗涤，至洗涤滤液的pH值为6~7，然后在45~50℃下烘干，制得生物质活化焦；

（5）按照生物质活化焦与卤化铵盐的质量比100:1~1:1，将步骤（4）所得生物质活化焦浸入质量百分数为0.1%~1%的卤化铵盐溶液中，并使用磁力搅拌器连续搅拌1~2 h；

（6）过滤步骤（5）处理后的生物质活化焦与卤化铵盐溶液的液固混合物，将滤去清液后所得生物质活化焦在45~50 ℃下烘干，即制得改性生物质活化焦脱汞吸附剂。

本发明的制备方法中，步骤（5）中的卤化铵盐为氯化铵或溴化铵。

本发明还提供一种上述制备方法得到的改性生物质活化焦脱汞吸附剂。

本发明中的工业废气脱汞吸附剂以生物质为原料，生物质包括水稻、小麦、玉米、棉花等农作物的根、茎、叶以及树叶、锯木粉末等。

本发明的机理在于生物质中含有较高的挥发分，在惰性气氛、中高温条件下发生热解反应，挥发分的析出可在生物质表面和内部形成大的孔隙；此外，在一定外部条件下，磷酸可溶解生物质原料中的结晶纤维素等有机结构，在生物质内部进行较好的渗透和扩散，当洗去磷酸活化剂后，即可在生物质内部获得发达的孔隙结构；经过热解活化处理所得的生物质活性焦，比表面积、微孔容积等表征微观形貌的参数均得到显著提高，辅以卤化铵盐溶液化学浸渍改性，在不影响原有生物质活性焦所具备的高效物理汞吸附能力的同时，能够更加深入地进入生物质活化焦内部，在其表面担载利于脱汞的卤族元素活性位，更进一步提高生物质活化焦的化学汞吸附转化能力。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：