[发明专利]一种改性粉煤灰-氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种改性粉煤灰‑氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用，将改性粉煤灰和氧化石墨烯混合后进行水热反应，然后对反应产物进行焙烧，得到复合材料；本发明制备得到的复合材料有丰富的孔隙结构，利用该复合材料处理烟气，使烟气中的SO₂、NO_x和Hg远远低于国家排放标准，属于干法脱硫脱硝脱汞工业废气处理领域；本发明操作简单，利用固体废物粉煤灰提高氧化石墨烯的吸附氧化能力，资源利用率高、投资少，没有二次污染物产生，具有明显的社会与经济效益。

技术领域

本发明属工业废气处理领域，涉及一种改性粉煤灰-氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用。

背景技术

SO₂、NO_x和Hg是有色金属冶炼过程中产生的主要污染物，给大气环境带来了严重的危害，随着经济的飞速发展，我国对SO₂、NO和Hg⁰的排放控制要求日益提高。

目前，控制这三种污染物最为成熟、应用最广泛的方法分别是：湿法脱硫(WFGD)、选择性催化还原脱硝(SCR)和活性炭喷入脱汞(ACI)。湿法脱硫具有运行稳定，脱硫效率高等优点，但是耗水量大，投资和运行成本较高。SCR脱硝技术具备操作简单、运行稳定等优点，但是存在成本高、设备投资大、能耗高等缺点。活性炭喷入技术（ACI）脱汞率高，可重复使用，但同样存在成本较高，影响飞灰品质等问题。如果采用多WFGD、SCR和ACI相结合的方式来实现同时脱硫脱硝脱汞，存在投资和运行成本较高，占地面积较大以及能耗较高等问题，因此开发经济高效的同时脱硫脱硝脱汞技术是大气污染治理的必然趋势。

公开号为CN1962034A的中国发明提出了一种同时脱硫脱硝脱汞的方法，利用粉煤灰、消石灰和高锰酸钾、次氯酸钙、氯化钠等添加剂组成的混合吸收液同时脱除二氧化硫、氮氧化物和汞。但存在吸收液成分复杂，不易处理的问题。公开号为CN1923337A的中国发明提出了一种锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除装置及其方法，利用过量的臭氧同时氧化脱除烟气中的二氧化硫、氮氧化物、汞及其他污染物。公开号为CN105327614A的中国发明提出了一种联合脱除燃煤烟气中SO2、NOx和Hg污染物的方法，利用强氧化剂耦合固相催化氧化同时脱除烟气中的二氧化硫、氮氧化物、汞多种污染物。但是这些方法需要消耗大量的外来强氧化剂，强氧化剂的制备过程能耗很高，影响了其经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性粉煤灰-氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将Co(NO₃)₂与Na₂CO₃按摩尔比为1:1的比例混合并溶于去离子水中形成胶体溶液，在胶体溶液加入粉煤灰得到混合液A，混合液A在冰浴条件下超声处理30-50min，然后在真空干燥箱中于100-120℃烘干，将干燥后的固体物质放在马弗炉中于400-600℃下焙烧2-5h，将焙烧后的产物进行等离子体放电处理得到改性粉煤灰；

（2）取1-5g氧化石墨烯用去离子水洗净，在真空干燥箱中于100-120℃烘干，然后加入到40-80mL无水乙醇中超声浸渍30-40min，用氨水调节pH值至9-11后超声处理15-20min，得到混合液B；

（3）按照步骤（1）得到的改性粉煤灰和氧化石墨烯的质量比为1:1-3:1的比例，将步骤（1）的改性粉煤灰和步骤（2）的混合液B加入到三口烧瓶中，在室温条件下，以300-500r/min 的搅拌速度进行搅拌，通N₂保护下反应4-6h，并在室温下静置24h以上，得到混合液C；

（4）将步骤（3）的混合液C转入水热反应釜中，在150-350℃下反应8-10h，反应后用去离子水洗涤沉淀至中性，然后在真空干燥箱内 100-120℃烘干；

（5）将步骤（4）的产物放入管式炉中，在氮气保护下，400-600℃焙烧60-120min，随炉冷却后研磨，即得到改性粉煤灰-氧化石墨烯复合材料。