[发明专利]一种用于烟气脱汞的改性活性炭材料的制备方法

说明书

本发明公开一种用于烟气脱汞的改性活性炭材料的制备方法。本发明采用阳离子交换树脂为活性炭前驱体，以Al(NO₃)₃、Ce(NO₃)₃为改性剂，于不同气体氛围进行处理。此改性方法为原位生长，制备的活性炭可以充分发挥改性物质和活性炭本身的特性，克服由于改性物质占据活性炭原有点位导致活性降低及缺失的缺点，具有高脱汞性能。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种用于烟气脱汞的新型改性活性炭材料的制备方法。

背景技术

活性炭是一种具有丰富的孔径结构、巨大比表面积和表面官能团的炭质多孔材料，具有吸附能力强、化学稳定性好，且易再生等特点。活性炭可以通过如木炭、树木、煤、泥炭、椰壳等含碳量较高的材料进行加工制得。由于活性炭特殊的物理化学性质，其常作为催化剂或吸附剂被广泛应用于各个领域，并展现出良好的性能，在化工和环保行业的作用尤为明显。例如，可将活性炭作为吸附剂，用于去除烟气中排放的重金属污染物汞。活性炭的高比表面积与表面丰富的官能团，使其脱汞效率远高于其它吸附剂。因此活性炭被认为是最具工业应用前景的脱汞吸附剂。然而，仅仅依靠活性炭的高比表面积只能以物理吸附的方式去除汞，脱汞效率不能有效满足环保要求。因此，近年来活性炭的改性研究成了一个热点。活性炭的改性方法主要分为物理结构改性和化学性质改性。物理结构改性方法中最常用的改性方式之一就是微波辐射改性法。该法能从内到外加热材料完成热对流过程，快速、节省时间及能耗并且不需要和材料直接接触，但是微波加热法处理活性炭很大程度上降低了活性炭的比表面积。另一方面，酸碱改性法则是常用的化学性质改性方法，该法将活性炭浸渍在酸性或碱性溶液中，活性炭在与酸性或碱性物质接触反应中促使活性炭表面含氧官能团数量增多。但是随着活性炭表面基团的改变以及官能团的增多，改性物质占据了活性炭的原有活性点位、未能使活性炭原有的活性点位起到作用且表面官能团性质不稳定。

目前，有研究人员提出将离子交换树脂用于去除氮氧化物的催化剂的制备，该法以常见的离子交换树脂为原材料，通过离子交换法负载过渡金属，在一定的温度气氛条件下炭化处理，最终制得用于吸附氮氧化物的活性炭材料。尽管该法在选择性催化还原去除氮氧化物上有一定创新，但是其所制得活性炭孔径结构以微孔为主，并不适用于脱汞，而且该法所得最终产物的收率很低，此外其催化剂的使用寿命还有待商榷。

本发明创新性地提出了一种用于烟气脱汞的新型改性活性炭材料的制备方法，最终制得具有介孔孔径结构的金属氧化物-活性炭复合材料，其汞吸附效果优异，并且该制备工艺还大大提高了材料的收率，具有工业应用前景。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种改性活性炭材料的制备方法。所述方法能够实现活性炭材料的低成本、高产率、高效率制备，同时所制备的改性活性炭材料具有高表面积、孔径分布丰富、表面官能团多样、脱汞效果好、稳定性强等特点。

本发明的目的通过下述方案实现：

本发明提供的一种新型改性活性炭材料的制备方法：采用阳离子交换树脂为活性炭前驱体，以Al(NO₃)₃、Ce(NO₃)₃为改性剂，于不同气体氛围进行处理，按照下述步骤依次进行：

步骤(1)、将阳离子交换树脂在常温下加至Al(NO₃)₃和Ce(NO₃)₃的混合溶液(浓度为1mol/L)中并匀速搅拌一段时间，进行离子交换；

Al(NO₃)₃、Ce(NO₃)₃溶液中Al(NO₃)₃与Ce(NO₃)₃的摩尔比为1:(0.5～20)；

离子交换时长为5min～8h；