專(zhuān)利名稱(chēng)：一種脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脫除廢氣中氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著煤的大量燃燒和含汞催化劑的大量使用，大量的金屬汞隨著廢氣被排放到了大氣中，如全世界僅火力發(fā)電廠每年排放的汞就達(dá)到1470t。汞及其化合物的生物毒性很大，嚴(yán)重危害人類(lèi)健康和其他生物，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。因此，汞污染被世界公認(rèn)為繼硫污染之后的又一大污染問(wèn)題，受到國(guó)際上越來(lái)越多的關(guān)注和重視。例如，美國(guó)總統(tǒng)“清潔天空計(jì)劃”提出到2018年將汞排放減少69%，使美國(guó)燃煤電廠開(kāi)始第一次面對(duì)排汞控制問(wèn)題， 能源部(DOE)為此選擇了 8項(xiàng)新的試驗(yàn)項(xiàng)目，研究電廠的排汞控制技術(shù)。排放到大氣中的氣態(tài)汞有單質(zhì)汞和化合態(tài)汞(如氯化汞)兩種形態(tài)。煤燃燒所產(chǎn)生的廢氣中主要含氣態(tài)單質(zhì)汞和部分的化合態(tài)汞。在許多使用氯化汞催化劑的化工行業(yè)(如天然氣合成)所產(chǎn)水的廢氣中主要含化合態(tài)汞，其中尤以氯化汞最多。由于目前主要關(guān)注的燃煤所生產(chǎn)的汞污染，它主要是氣態(tài)單質(zhì)汞，因此，有關(guān)脫除廢氣中氣態(tài)單質(zhì)汞的研究報(bào)道很多，已發(fā)展了一些較為成熟的汞處理技術(shù)。其中研究和使用最廣泛的是活性炭吸附法。然而，由于普通活性炭的脫汞能力都比較弱，所以目前所使用的最有效的脫除其態(tài)單質(zhì)汞的專(zhuān)用活性炭是在普通活性炭上負(fù)載單質(zhì)硫(美國(guó)專(zhuān)利 US4500327A)所制得。盡管負(fù)載有單質(zhì)硫的活性炭的脫除氣態(tài)單質(zhì)汞的能力能夠顯著提高， 有非常好的使用效果，但我們的研究發(fā)現(xiàn)它對(duì)以氣態(tài)氯化汞為代表的化合態(tài)汞的脫除能力與普通活性炭相差無(wú)幾，脫除能力很低，沒(méi)有實(shí)用效果。最近的研究(P.Bihter，Carbon, 2009,47 :2855-2864)發(fā)現(xiàn)，活性炭對(duì)氣態(tài)單質(zhì)汞與化合態(tài)汞的吸附機(jī)理完全不同，活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)其脫除單質(zhì)汞和化合態(tài)汞的影響，可以說(shuō)，完全相反。因此，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，不能用脫除氣態(tài)單質(zhì)汞的專(zhuān)用活性炭來(lái)替代脫除化合態(tài)汞的專(zhuān)用活性炭，必須開(kāi)發(fā)出脫除廢氣中氣態(tài)化合態(tài)汞的專(zhuān)用活性炭，應(yīng)用于含有化合態(tài)汞的廢氣中的脫汞處理，有效防止化合態(tài)汞的排放。本發(fā)明是根據(jù)以往的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究結(jié)果，開(kāi)發(fā)了一種顯著提高活性炭的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭，使活性炭能夠應(yīng)用于化工行業(yè)中使用氯化汞催化劑的廢氣處理過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種脫除重金屬劇毒物質(zhì)氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的思路是通過(guò)對(duì)原料活性炭在高溫和惰性氣氛條件下進(jìn)行預(yù)處理后，再與硫化物及堿的混合物溶液進(jìn)行混合攪拌、過(guò)濾和干燥，得到負(fù)載有硫化物和堿的具有高氯化汞吸附能力的活性炭產(chǎn)品。本發(fā)明的技術(shù)原理如下
活性炭是一種孔隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的高效吸附劑。它對(duì)某一具體成分的吸附能力取決于活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)。我們研究發(fā)現(xiàn)，活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)是影響活性炭吸附氣態(tài)氯化汞能力大小的關(guān)鍵因素。我們進(jìn)一步研究了活性炭表面官能團(tuán)對(duì)其氯化汞吸附能力的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)活性炭中表面酸性官能團(tuán)，如羧基和羥基等， 不利于活性炭對(duì)氣態(tài)氯化汞的吸附；活性炭表面的堿性越強(qiáng)則有利于活性炭對(duì)氣態(tài)氯化汞的吸附。最近的理論研究(Carbon，2009，47 =2855-2864)和試驗(yàn)研究(FueProcessing Technology, 2009,90 :1361-1371)都表明，活性炭的堿性表面有利于吸附氣態(tài)氯化汞，與我們的研究結(jié)論一致。盡管總體上活性炭表面是非極性的。但由于活性炭具有不同的表面官能團(tuán)(主要是含氧官能團(tuán))，因此活性炭通常顯示出不同酸堿性。當(dāng)活性炭具有羧基和羥基等官能團(tuán)時(shí)表面顯明顯的酸性，活性炭在水中的PH值有時(shí)可以達(dá)到3 ；而當(dāng)活性炭的表面官能團(tuán)數(shù)量很少時(shí)，活性炭顯堿性，活性炭的PH值有時(shí)可以達(dá)到10。活性炭的表面含氧官能團(tuán)主要是在生產(chǎn)過(guò)程中活性炭與空氣中氧氣或一些氧化劑(如水蒸氣或二氧化碳)所形成的，而且這些含氧官能團(tuán)通常在高溫和不含氧化劑的條件下都能去除，最終導(dǎo)致酸性活性炭轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性活性炭。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，活性炭都是在氧化性氣氛，如水蒸氣、空氣或二氧化碳的條件下生產(chǎn)得到的，因此，活性炭的表面都含有一定數(shù)量的表面官能團(tuán)。為了有效地去除活性炭中的表面官能團(tuán)，提高活性炭的表面堿性，本發(fā)明所采用高溫惰性氣體對(duì)原料活性炭進(jìn)行預(yù)處理。在實(shí)際的含氯化汞廢氣處理過(guò)程中，僅僅依靠活性炭的物理吸附能力還不夠，有時(shí)達(dá)不到實(shí)用的效果，還需要采用其他方法提高活性炭的化學(xué)吸附能力。本發(fā)明采用在活性炭上負(fù)載硫化鈉或硫化銨之類(lèi)的硫化物的方法，使氯化汞與這些硫化物生成硫化汞之類(lèi)的沉淀，從而顯著提高活性炭對(duì)氯化汞的化學(xué)吸附能力，顯著提高活性炭的脫除氣態(tài)氯化汞的能力。另外，在實(shí)際的氯化汞廢氣中，通常還含有一些如氯化氫之類(lèi)的酸性氣體，它們會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)不利的結(jié)果，一是這些酸性氣體會(huì)吸附在活性炭上，使活性炭的表面轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝?，顯著減少活性炭吸附氯化汞的能力，大大縮短活性炭的使用壽命；二是這些酸性氣體會(huì)與負(fù)載在活性炭上的硫化物反應(yīng)生成硫化氫氣體，形成新的污染物，而且也會(huì)使負(fù)載的硫化物損失，降低活性炭的化學(xué)吸附能力和使用壽命。因此，本發(fā)明在負(fù)載硫化物的同時(shí)，負(fù)載一些堿性成分，使活性炭表面在使用過(guò)程中保持堿性性質(zhì)不變，同時(shí)保證硫化物能以硫離子的形成存在，保證活性炭的化學(xué)吸附能力，顯著延長(zhǎng)活性炭的使用壽命。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，該方法包括如下步驟(1)將原料活性炭在惰性氣氛、900 1100°C條件下處理2 4h，在惰性氣氛中冷卻，取出；(2)將步驟(1)處理后的原料活性炭與浸漬劑的水溶液混合，攪拌1 池，然后靜置過(guò)濾；(3)將過(guò)濾后得到的活性炭在惰性氣氛下升溫至200 300°C，干燥池以上，并在惰性氣氛下冷卻，取出即得。步驟(1)中，所述的原料活性炭為顆?；钚蕴炕蚍蹱罨钚蕴?。步驟(1)中，所述的原料活性炭為煤質(zhì)活性炭、椰殼等果殼活性炭或木質(zhì)活性炭。
步驟(1)或(3)中，所述的惰性氣氛是指氮?dú)饣驓鍤鈿夥铡２襟E( 中，所述的浸漬劑為硫化物與堿按重量比(1 幻1組成的混合物。其中，所述的硫化物為硫化鈉或硫化銨，所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀。步驟O)中，所述的浸漬劑的水溶液，浸漬劑重量百分濃度為5 20%。步驟O)中，浸漬劑的水溶液用量為，每Ig原料活性炭加入10 50mL浸漬劑的水溶液。有益的效果利用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的脫除氯化汞專(zhuān)用活性炭，可以克服廢氣處理過(guò)程中活性炭的氯化汞吸附能力弱，且由于酸氣體存在而導(dǎo)致的使用壽命短等問(wèn)題。 生產(chǎn)出的脫氯化汞專(zhuān)用活性炭在20 μ g/m3的氯化汞濃度中(以氮?dú)鉃檩d氣)，在80°C的吸附溫度下，活性炭對(duì)氯化汞蒸氣的吸附量高達(dá)211mg/g;在有氯化氫氣體存在的條件下，其吸附量可以達(dá)到186mg/g，與原料活性炭相比，其氯化汞吸附能力提高近20倍。
具體實(shí)施例方式根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。實(shí)施例1 采用10 20目的椰殼活性炭作為原料活性炭，取200g的原料活性炭，在氮?dú)鈿夥障略诠苁綘t中升溫至900°C加熱處理池，氮?dú)鈿夥障吕鋮s至室溫后取出，得到活性炭產(chǎn)
口口 A0把IOOg硫化鈉溶解在IOOOml水中，然后加入的活性炭產(chǎn)品A 50g,在常溫下攪拌 2h后靜置池后過(guò)濾，然后把所得的活性炭在氮?dú)鈿夥障律郎刂?00°C，干燥2h，并在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，取出得到活性炭產(chǎn)品B。把IOOg硫化鈉和50g氫氧化鈉溶解在IOOOml水中，然后加入的活性炭產(chǎn)品A 50g，在常溫下攪拌池后靜置4h后過(guò)濾，然后把所得的活性炭在氮?dú)鈿夥障律郎刂?00°C， 干燥池，并在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，取出得到活性炭產(chǎn)品C。利用動(dòng)態(tài)吸附裝置，測(cè)試所制備的活性炭在80°C下在20ug/m3的氯化汞濃度氣流 (氮?dú)鈿饬骱偷獨(dú)?氯化氫按體積比10 1的混合氣流兩種)中的穿透曲線，根據(jù)穿透曲線的穿透時(shí)間計(jì)算活性炭的活性炭的氯化汞吸附容量。其結(jié)果如表1所示。表1實(shí)施例1中各種活性炭產(chǎn)品的氯化汞吸附量(mg/g)
權(quán)利要求
1.一種脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)將原料活性炭在惰性氣氛、900 1100°C條件下處理2 4h，在惰性氣氛中冷卻， 取出；(2)將步驟(1)處理后的原料活性炭與浸漬劑的水溶液混合，攪拌1 池，然后靜置過(guò)濾；(3)將過(guò)濾后得到的活性炭在惰性氣氛下升溫至200 300°C，干燥池以上，并在惰性氣氛下冷卻，取出即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(1) 中，所述的原料活性炭為顆?；钚蕴炕蚍蹱罨钚蕴?。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟 (1)中，所述的原料活性炭為煤質(zhì)活性炭、果殼活性炭或木質(zhì)活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(1) 或(3)中，所述的惰性氣氛是指氮?dú)饣驓鍤鈿夥铡?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(2) 中，所述的浸漬劑為硫化物與堿按重量比(1 幻1組成的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的硫化物為硫化鈉或硫化銨，所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(2) 中，所述的浸漬劑的水溶液，浸漬劑重量百分濃度為5 20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、5、6或7所述的脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，其特征在于， 步驟O)中，浸漬劑的水溶液用量為，每Ig原料活性炭加入10 50mL浸漬劑的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種脫除氯化汞的專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)方法，該方法包括如下步驟(1)將原料活性炭在惰性氣氛、900～1100℃條件下處理2～4h，在惰性氣氛中冷卻，取出；(2)將步驟(1)處理后的原料活性炭與浸漬劑的水溶液混合，攪拌1～2h，然后靜置過(guò)濾；(3)將過(guò)濾后得到的活性炭在惰性氣氛下升溫至200～300℃，干燥2h以上，并在惰性氣氛下冷卻，取出即得。本發(fā)明所制備的超級(jí)活性炭產(chǎn)品的氯化汞吸附量比原料活性炭可以提高近20倍以上，且能克服實(shí)際使用過(guò)程中由于酸性氣體對(duì)脫氯化汞活性炭的毒害作用，能完全滿足工業(yè)化應(yīng)用的需要。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102179234SQ20111008488
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者左宋林, 施蔭銳, 荀永葆 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué), 南京林大活性炭有限公司