[发明专利]一种用于重金属砷脱除的吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种用于重金属砷脱除的吸附剂及其制备方法和应用，该吸附剂为空心结构的氧化铁微球。其制备方法为：以废旧阳离子树脂为原料，直接与含铁废水混合浸渍，所得Fe³⁺@树脂复合材料经高温煅烧即得空心氧化铁微球。将用于重金属砷脱除的吸附剂以喷射方式送入燃烧炉内及其尾部烟道中，可实现高温环境下脱砷。本发明的空心氧化铁微球具有良好的抗高温烧结性，能够在高温条件下保持形貌和结构的稳定，为其与砷化合物的反应提供了较多的反应面积和活性位点，促进了氧化铁与砷的反应过程，有效提升了该吸附剂对高温烟气中气态砷化合物的捕集效果。

技术领域

本发明涉及一种用于重金属砷脱除的吸附剂及其制备方法和应用，属于固体废物资源化技术领域。

背景技术

含砷化合物是当前环境中危害性最大的物质之一，可以通过呼吸道、皮肤和消化道等方式进入人体，危害人体细胞，引起各种疾病，如中毒性神经衰弱症，多发性神经炎、皮肤癌等。煤燃烧、垃圾焚烧和金属冶炼等是含砷废气的主要来源。2014年煤炭在我国一次能源消费中所占比例达到66％，其中有超过51％的煤炭被用于燃烧，这势必造成大气环境中砷浓度的迅速增长。气态砷化合物在低温下会通过同相凝聚或异相凝并形成较大的固体颗粒物，采用旋风除尘器等设备即可捕集回收绝大部分砷化合物。但实际燃煤烟气温度较高，炉内温度更是普遍超过1000℃，该条件下砷多以气态氧化物形式存在，常规除尘设备难以发挥作用，导致大量含砷烟气逸散到大气环境中，对人们的身体健康造成严重威胁。

近几十年来，国内外学者对燃煤中砷的赋存状态以及迁移转化规律进行了一系列研究，这些研究成果为燃煤烟气中除砷提供了一定的理论依据。现有的砷污染控制手段主要包括燃煤脱砷，燃烧中控砷和燃煤烟气中除砷三个方面，其中，洗煤、浮选等脱砷技术虽然可以有效降低燃煤中砷含量，但会产生大量高毒废水，易造成二次污染，使其应用受限；而燃烧中控砷和燃煤烟气中除砷主要是通过向燃烧炉内或尾部烟气中添加无机矿物吸附剂，促进砷的吸附转化，以达到减少砷污染物排放的目的，是当前的研究热点。相关文献表明，在众多无机矿物中，氧化钙、氧化铝和氧化铁对气相砷表现出较好的亲和性，在燃煤烟气中能够对砷进行物理/化学吸附，将其转化为稳定的砷酸盐并固定于产物中，实现烟气除砷。

目前的烟气脱砷研究集中于中低温区域，对温度较低的尾部烟气除砷有一定的指导意义。但仅凭尾气处理难以将烟气中的砷化合物控制在较低的水平，因此考虑对燃煤炉内及尾部烟气实行联合脱除。而燃煤电厂常用燃烧炉炉内实际温度普遍较高，该条件下常规吸附剂材料很容易出现较为严重的烧结失活现象，导致砷捕集效果严重降低。现有的常规吸附剂材料仅适用于中低温区域，且制备或改性方法繁琐复杂，难以满足实际燃煤电厂炉内烟气脱砷的需要。因此，开发新的兼具高活性和抗烧结性的砷吸附剂是十分重要的研究方向。

磺化聚苯乙烯树脂是一种具有离子交换功能的高分子材料，常用于硬水软化、酸催化等领域。树脂经长时间使用后，表面吸附的杂质逐渐积累，使效能降低，难以达到水质处理要求，这种情况下就需要进行材料更新，而原来的树脂就会被废弃。使用中产生的大批废旧树脂一般采用焚烧处理，费用约3000～4000元/吨，成本高昂且会对环境造成严重污染。此外，钢铁厂在生产加工过程中会产生大量含铁酸性废水，这些废水的净化工艺繁琐复杂，耗时费力。亟需一种有效利用这两种废弃资源的方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术的常规吸附剂材料不适用于高温炉内脱砷、高温炉内烟气脱砷效果有限等问题，本发明提供一种用于重金属砷脱除的吸附剂，以及该吸附剂的制备方法，还提供了一种该吸附剂用于高温环境下脱砷的应用。

技术方案：本发明所述的一种用于重金属砷脱除的吸附剂，该吸附剂为空心结构的氧化铁微球。

本发明所述的用于重金属砷脱除的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将废旧磺化聚苯乙烯树脂洗涤后干燥，密封备用；