一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于燃煤煙氣凈化相關(guān)領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種煙氣脫汞吸附劑，其由離子液體及多孔硅膠組成。所述離子液體為1?丁基?3?甲基咪唑氯化鐵離子液體，其質(zhì)量百分比為10％～50％；所述多孔硅膠浸漬有所述離子液體，所述離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上。本發(fā)明還涉及所述煙氣脫汞吸附劑的制備方法。本發(fā)明的煙氣脫汞吸附劑熱穩(wěn)定性較好，可再生，脫汞效率高，工作溫度范圍較廣。此外，本發(fā)明提供的煙氣脫汞吸附劑的制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)污染。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于燃煤煙氣凈化相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法，所述煙氣脫汞吸附劑結(jié)合離子液體與多孔材料的特性，利用離子液體進(jìn)行氧化并吸收單質(zhì)汞，實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣汞的高效脫除;氧化后生成的二價(jià)汞可吸附于多孔材料的表面，吸附劑熱穩(wěn)定性較好，可再生，工作溫度范圍較廣。
【背景技術(shù)】
[0002]汞污染物因其對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境的毒性作用而備受關(guān)注，自然和人為活動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致汞污染物的排放，其中燃煤電廠(chǎng)汞排放已成為大氣中的主要汞污染排放源。目前，已有多種方法應(yīng)用于燃煤汞污染排放控制。由于燃煤煙氣中的單質(zhì)汞脫除困難，一種行之有效的汞排放控制方法是將單質(zhì)汞氧化成二價(jià)汞化合物，氧化后的二價(jià)汞進(jìn)入濕式除塵器可被捕集下來(lái)從而達(dá)到電廠(chǎng)燃煤煙氣脫汞的目的。采用吸附劑方法脫汞被認(rèn)為是一種有效的燃煤汞污染控制技術(shù)，這也是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。脫汞吸附劑主要有活性炭、飛灰、金屬類(lèi)催化劑和納米吸附劑等。
[0003]其中，作為一種環(huán)境友好型綠色溶劑，離子液體由于其獨(dú)特的性質(zhì)得到了廣泛的關(guān)注，是眾多興起的應(yīng)用于氣體凈化與分離領(lǐng)域的吸收劑之一。近年來(lái)已有文獻(xiàn)報(bào)道的用于脫除煙氣中單質(zhì)汞的離子液體主要是離子液體的混合吸收液，即咪唑類(lèi)鹵鹽離子液體與碘的混合液、咪唑類(lèi)鹵鹽離子液體與雙氧水的混合液以及鐵基咪唑類(lèi)離子液體與水的混合液。咪唑類(lèi)鹵鹽離子液體與碘或雙氧水的混合液中離子液體并不具有氧化性，真正能夠氧化單質(zhì)汞的是碘和雙氧水，而且這兩種吸收劑不可再生;鐵基咪唑類(lèi)離子液體與水的混合液中鐵基咪唑類(lèi)離子液體能夠氧化吸收單質(zhì)汞且生成物在純O2條件下可再生，然而由于混合液中水的蒸發(fā)限制了其使用溫度。這些離子液體的混合吸收液均存在著熱穩(wěn)定性差、工作溫度范圍較窄的問(wèn)題。此外，公開(kāi)號(hào)為CN103877844B公開(kāi)了一種由咪唑類(lèi)離子液體及雙氧水混合而成的脫汞吸收劑，該吸收劑的脫汞機(jī)理是由于雙氧水的氧化作用，而其中咪唑類(lèi)離子液體只作為反應(yīng)介質(zhì)并不參與氧化反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種煙氣脫汞吸附劑及其制備方法，其基于脫汞機(jī)理，結(jié)合離子液體及多孔材料的特性，對(duì)吸附劑的組成及成分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所述吸附劑利用離子液體進(jìn)行氧化并吸收單質(zhì)汞，實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中汞的高效脫除，氧化得到的二價(jià)汞吸附于多孔材料，且該吸附劑熱穩(wěn)定性好，可再生，工作溫度范圍較廣。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，提供了一種煙氣脫汞吸附劑的制備方法，其包括以下步驟:
[0006](a)采用等摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體及六水合氯化鐵進(jìn)行混合以制備1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體，并將所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體置于溫度為80°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥48小時(shí)后放入干燥皿備用；
[0007](b)將多孔硅膠浸漬所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體2小時(shí)，使所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上，以得到燃煤脫汞吸附劑;其中，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的質(zhì)量百分比為10%?50%。
[0008]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種煙氣脫汞吸附劑，其由離子液體及多孔硅膠組成，其特征在于:
[0009]所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體，其質(zhì)量百分比為10?50%;
[0010]所述多孔硅膠浸漬有所述離子液體，所述離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上。
[0011]進(jìn)一步地，所述煙氣脫汞吸附劑的工作溫度為80?300°C。
[0012]進(jìn)一步地，所述離子液體的最佳質(zhì)量百分比為30%。
[0013]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的煙氣脫汞吸附劑及其制備方法，所述煙氣脫汞吸附劑結(jié)合了離子液體的氧化性及熱穩(wěn)定性與多孔硅膠的高比表面積特性，離子液體進(jìn)行氧化并吸收單質(zhì)汞，實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中汞的高效脫除，氧化得到的二價(jià)汞吸附于多孔材料，且該吸附劑熱穩(wěn)定性好，可再生，工作溫度范圍較廣。此外，本發(fā)明提供的煙氣脫汞吸附劑的制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)污染。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的煙氣脫汞吸附劑的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0016]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的煙氣脫汞吸附劑的制備方法，其包括以下步驟:
[0017]步驟I，制備離子液體。具體的，所述離子液體的制備包括以下步驟:
[0018](1-1)稱(chēng)取等摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體及六水合氯化鐵進(jìn)行混合以得到混合物，并將所述混合物放置于磁力攪拌水浴鍋中，在溫度為40°C條件下不斷攪拌直至所述混合物由結(jié)晶態(tài)逐漸變?yōu)榫鶆蛞簯B(tài)，靜置分層；
[0019](1-2)采用梨形分液漏斗對(duì)靜置分層的所述混合物分離水相和離子液體相，除去水相后，將所述離子液體置于溫度為80°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥48小時(shí)，制得的1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體放入干燥皿備用。
[0020]本實(shí)施方式中，在步驟(1-2)還包括將得到的所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體進(jìn)行傅里葉紅外FT IR與拉曼Raman測(cè)試，以確認(rèn)所述離子液體的陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)的步驟。
[0021 ]步驟2，將多孔材料浸漬所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體2小時(shí)，使所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體吸附在所述多孔材料的孔道上，以得到煙氣脫汞吸附劑。具體的，以多孔硅膠為負(fù)載材料，采用物理浸漬蒸發(fā)法將所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體負(fù)載到所述多孔硅膠的步驟如下:
[0022](2-1)將多孔硅膠置于溫度為500°C、填充有N2氣的高溫管式爐中煅燒活化6小時(shí)，并按照所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體負(fù)載量(離子液體占吸附劑的質(zhì)量百分比)為10%?50%，分別稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體與所述多孔硅膠?？梢岳斫?，在其他實(shí)施方式中，所述多孔硅膠可以由其他多孔材料替代，如多孔碳化娃。
[0023](2-2)將所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體充分溶解于對(duì)應(yīng)體積的甲醇溶劑中，再將所述硅膠與所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體及甲溶液等體積混合以得到混合物，并將等體積混合所得到的所述混合物置于磁力攪拌水浴鍋中，在溫度為30°C條件下不斷攪拌，緩慢蒸發(fā)移走甲醇溶劑，最后將所述混合物在溫度為80 0C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥48小時(shí)直至所有甲醇揮發(fā)，制得不同所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體負(fù)載量的煙氣脫汞吸附劑。
[0024]本實(shí)施方式制得的所述煙氣脫汞吸附劑包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體及浸漬有所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的多孔硅膠，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上。本實(shí)施方式的煙氣脫汞吸附劑主要適用于燃煤煙氣的脫汞。
[0025]所述煙氣脫汞吸附劑中的活性物質(zhì)[C4mim][FeCl4]與單質(zhì)汞Hgt3進(jìn)行吸附反應(yīng)，生成二價(jià)萊HgCl2和含氯化亞鐵的離子液體[C4mim][FeCl3]，二價(jià)萊HgCl2吸附于所述多孔娃膠S12的孔道的內(nèi)壁上，而所述離子液體[C4mim] [FeCl3]在純O2的條件下即可再生成具有氧化性的[C4mim] [FeCU]。
[0026]本實(shí)施方式還對(duì)所述煙氣脫汞吸附劑進(jìn)行了表征及脫汞性能實(shí)驗(yàn)，以獲得所述煙氣脫汞吸附劑的性能特征。將粉末狀的所述煙氣脫汞吸附劑進(jìn)行熱重TGA與孔道特征BET表征，發(fā)現(xiàn)所述煙氣脫汞吸附劑的實(shí)際負(fù)載率可高達(dá)95%以上，熱穩(wěn)定性較好，溫度為350°C時(shí)才開(kāi)始分解;所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的負(fù)載率大于等于10%且小于等于50被％時(shí)，所述煙氣脫汞吸附劑的多孔硅膠仍然具有較為豐富的孔道結(jié)構(gòu)，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體仍可穩(wěn)定的吸附在所述多孔硅膠的孔道上。
[0027]所述煙氣脫汞吸附劑的脫汞性能實(shí)驗(yàn)在固定床反應(yīng)裝置上進(jìn)行，含汞蒸氣的模擬煙氣N2/02/⑶2通入管式爐反應(yīng)管中，將0.1g不同1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體負(fù)載率的所述煙氣脫汞吸附劑放置于通有N2/02/C02的反應(yīng)管中，工作溫度為160°C，出口汞蒸氣濃度由汞蒸氣在線(xiàn)檢測(cè)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量以計(jì)算獲得脫汞效率。所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的負(fù)載量為1wt %，對(duì)應(yīng)地，其脫汞效率為87% ;所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的負(fù)載量為30wt%，對(duì)應(yīng)地，其脫汞效率為97% ;所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的負(fù)載量為50wt%，對(duì)應(yīng)地，其脫汞效率為95%。實(shí)驗(yàn)顯示，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的最佳負(fù)載量為30wt%，對(duì)應(yīng)地，其脫汞效率可高達(dá)97%。
[0028]本實(shí)施方式還對(duì)其他不同工作溫度下所述煙氣脫汞吸附劑進(jìn)行了脫汞性能實(shí)驗(yàn)，同樣，首先將含汞蒸氣的模擬煙氣N2/02/C02通入管式爐反應(yīng)管中，將0.1g所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體負(fù)載量為30wt%的所述煙氣脫汞吸附劑放置于通有N2/02/C02的反應(yīng)管中，工作溫度控制在大于等于60°C且小于等于400°C之內(nèi)，出口汞蒸氣濃度同樣由汞蒸氣在線(xiàn)檢測(cè)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量以計(jì)算獲得所述煙氣脫汞吸附劑在不同工作溫度下的脫汞效率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，所述煙氣脫汞吸附劑在溫度大于等于80°C且小于等于300°C的條件下的脫汞效率保持在90%以上，脫汞的活性溫度區(qū)間較寬，溫度越高脫汞性能越好。
[0029]本發(fā)明提供的煙氣脫汞吸附劑及其制備方法，所述吸附劑結(jié)合了離子液體的氧化性及熱穩(wěn)定性與多孔材料的高比表面積特性，離子液體進(jìn)行氧化并吸收單質(zhì)汞，實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中汞的高效脫除，氧化得到的二價(jià)汞吸附于多孔材料，且該吸附劑熱穩(wěn)定性好，可再生，工作溫度范圍較廣。此外，本發(fā)明提供的煙氣脫汞吸附劑的制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)污染。
[0030]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煙氣脫汞吸附劑，其由離子液體及多孔硅膠組成，其特征在于: 所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體，其質(zhì)量百分比為10%?50% ; 所述多孔硅膠浸漬有所述離子液體，所述離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫汞吸附劑，其特征在于:所述煙氣脫汞吸附劑的工作溫度為80?300°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫汞吸附劑，其特征在于:所述離子液體的最佳質(zhì)量百分比為30%。4.一種煙氣脫汞吸附劑的制備方法，其包括以下步驟: (a)采用等摩爾的1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體及六水合氯化鐵進(jìn)行混合以制備1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體，并將所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體置于溫度為80 0C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥48小時(shí)后放入干燥皿備用； (b)將多孔硅膠浸漬所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體2小時(shí)，使所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體吸附在所述多孔硅膠的孔道上，以得到燃煤脫汞吸附劑;其中，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯化鐵離子液體的質(zhì)量百分比為10%?50%。
【文檔編號(hào)】B01J20/22GK106064053SQ201610390380
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日 公開(kāi)號(hào)201610390380.3, CN 106064053 A, CN 106064053A, CN 201610390380, CN-A-106064053, CN106064053 A, CN106064053A, CN201610390380, CN201610390380.3
【發(fā)明人】張立麒, 李小姍, 鄭楚光, 周棟, 劉文倩, 胡藝
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)