脱除烟气中元素汞的仿生酶吸收剂及其制备方法和应用技术

技术编号:15732805 阅读:93 留言:0更新日期:2017-07-01 06:56
本发明专利技术提供一种脱除烟气中元素汞的仿生酶吸收剂及其制备方法和应用,所述吸收剂包括以下各组分:0.04~0.80质量%的氧化性添加剂、20~200ppm的仿生酶和7.5~17.5体积%的磷酸盐缓冲液,所述吸收剂的pH值为9~10。所述制备方法包括以下步骤:称取适量的各组分,再将称取的仿生酶加入磷酸盐缓冲液中,得到混合液,然后将称取的氧化性添加剂加入所述混合液中,搅拌均匀,再加入NaOH调节混合液的pH值至9~10,得到吸收剂,即得。本发明专利技术的仿生酶吸收剂利用仿生酶作为催化剂,快速氧化烟气中的元素态汞,并可离子态的汞进一步转化为固态氧化汞,实现元素态汞的固定化脱除。

Bionic enzyme adsorbent for removing elemental mercury from flue gas and preparation method and application thereof

The invention provides a method for elemental mercury removal from flue gas of bionic enzyme absorbent and preparation method and application thereof, wherein the absorbent comprises the following components: 0.04 - oxidizing additives, 0.80 mass% ~ 20 and 7.5 ~ 200ppm biomimetic enzyme 17.5 vol% phosphate buffer solution, the absorption agent pH from 9 to 10. The preparation method comprises the following steps: take the right amount of each call, and then take the said biomimetic enzyme with phosphate buffer solution, and obtain a mixed solution, then called oxide additives take into the mixture, mixing evenly, then add NaOH adjust the pH value of the mixed solution to 9 ~ 10 that is, get the absorbent. The invention uses biomimetic absorbent bionic enzyme as catalyst, rapid oxidation of elemental mercury in flue gas, and the mercury ion further into solid mercury immobilization removal of elemental mercury.

【技术实现步骤摘要】
脱除烟气中元素汞的仿生酶吸收剂及其制备方法和应用
本专利技术属于环境保护
,涉及一种吸收剂及其制备方法和应用,具体涉及一种脱除烟气中元素汞的仿生酶吸收剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来,由于痕量元素特别是汞在环境污染方面中显示出的隐蔽性、高挥发性、易迁移性、高度生物蓄积性及其潜在持久危害性,引起了国际社会的广泛关注。全球每年排放到大气中的汞总量约为5000t,其中4000t是人为的结果,而燃煤过程中汞的排放量占30%以上。为了保护环境,实现可持续发展,国家要求燃煤锅炉2015年1月1日起将汞及其化合物排放质量浓度控制在0.03mg/m3以下。因此,针对电站锅炉开发出一套切实可行的脱汞技术尤为紧迫。目前,国内外学者针对燃煤锅炉中汞的排放研究较多,大多利用燃煤锅炉现有的污染物控制装置实现协同脱汞。其中湿法脱硫系统可脱除烟气中氧化态汞(Hg2+),其脱除率可高达80%~95%,但对元素态汞(Hg0)的脱除几乎为零。据有关文献记载,烟气中Hg0占总汞的比例一般高达70%,因此,国内外学者开展了将Hg0转化为可溶性的Hg2+方面的研究,以图增加总汞的去除效率。过氧化氢(H2O2)是一种绿色的吸收剂,可有效地氧化有机污染物和气态污染物,且环境友好。DennisLu等人用Fenton(H2O2+Fe2+)试剂进行了燃煤烟气中Hg0的脱除研究,结果表明,溶液pH值对Hg0的氧化影响显著,低pH值下H2O2极易发生歧化反应,导致大量的H2O2分解,利用率低;在pH为1.0~3.0条件下,使用高浓度的H2O2,只能得到平均75%的Hg0氧化效率,且在脱汞过程中由于pH值低,易腐蚀设备。YewenTan等在加拿大矿产与能源技术中心的垂直燃烧研究设备上,对基于Fenton反应的燃煤烟气汞脱除进行了中试研究,但是由于Fe3+在脱硫浆液pH范围(5.2~5.6)发生水解反应,产生絮状沉淀,使得Fenton反应体系失去氧化活性,所以不能直接在脱硫系统中加入芬顿试剂实现脱汞。为了克服H2O2或Fenton试剂在氧化Hg0及工程应用方面存在的问题,如pH较低带来的设备腐蚀严重和易分解,以及反应过程中出现大量铁泥等。开发反应条件温和、环境友好、运行费用低的脱除Hg0的吸收剂,成为目前行业亟待解决的技术问题。
技术实现思路
因此,本专利技术的目的是提供一种脱除烟气中元素汞的仿生酶吸收剂及其制备方法和应用,从而该吸收剂用于脱除元素汞,脱除效率高,条件温和,不易分解,不会腐蚀设备,并且成本低。一方面,本专利技术提供一种仿生酶在用于制备脱除烟气元素态汞的吸收剂中的应用。优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物或四酰胺基大环锰配合物,所述四酰胺基大环铁配合物的结构式如下述(Ⅰ)式所示:所述四酰胺基大环锰配合物的结构式如下述(Ⅱ)式所示:其中,Y为Cl或H2O,R1-R5为H、CH3、CH2或羧基。优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物,当所述Y为Cl时;所述R1、R2为H或CH3,R3、R4、R5为H;或当所述Y为H2O时;R1、R2为CH3,R3为CH2,R4为H或COOH,R5为H或CH3;或所述仿生酶为四酰胺基大环锰配合物,所述Y为Cl时;所述R1R2为CH3,R3、R5均为H,所述R4为H或COOH;或当所述Y为H2O时;R1、R2、R5为CH3,R3为CHCH3或CH2,R4为CH3或COOH。另一方面,本专利技术提供一种脱除烟气中元素态汞的仿生酶吸收剂,包括以下各组分:0.04~0.80质量%的氧化性添加剂、20~200ppm的仿生酶和7.5~17.5体积%的磷酸盐缓冲液,所述吸收剂的pH值为9~10。优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物和/或四酰胺基大环锰配合物,所述四酰胺基大环铁配合物的结构式如下述(Ⅰ)式所示:所述四酰胺基大环锰配合物的结构式如下述(Ⅱ)式所示:其中,Y为Cl或H2O,R1-R5为H、CH3、CH2或羧基;优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物,当所述Y为Cl时;所述R1、R2为H或CH3,R3、R4、R5为H;或当所述Y为H2O时;R1、R2为CH3,R3为CH2,R4为H或COOH,R5为H或CH3;或所述仿生酶为四酰胺基大环锰配合物,所述Y为Cl时;所述R1R2为CH3,R3、R5均为H,所述R4为H或COOH;或当所述Y为H2O时;R1、R2、R5为CH3,R3为CHCH3或CH2,R4为CH3或COOH。优选地,所述磷酸盐缓冲液为pH为7.0,0.01mol/L的磷酸盐缓冲溶液,在该pH值和浓度下的磷酸盐缓冲液中,含有铁或者锰的仿生催化剂可以稳定存在,减少催化剂的水解。优选地,所述氧化性添加剂为H2O2和/或2Na2CO3·3H2O2。还优选地,所述H2O2的浓度为3.9~78mmol/L。更优选地,所述H2O2为质量浓度为30%的H2O2。还一方面,本专利技术还提供一种脱除烟气中元素态汞的仿生酶吸收剂的制备方法,包括以下步骤:称取适量的各组分,再将称取的仿生酶加入磷酸盐缓冲液中,得到混合液,然后将称取的氧化性添加剂加入所述混合液中,搅拌均匀,再加入NaOH调节混合液的pH值至9~10,得到吸收剂,即得。优选地,得到混合液后,恒温25℃,再将称取的氧化性添加剂加入所述混合液中。再一方面,本专利技术还提供一种脱除烟气中元素态汞的仿生酶吸收剂的脱汞方法,包括以下步骤:加入NaOH调节吸收剂的pH值至6~14,然后将调节pH值后的吸收剂于反应温度为20~70℃,与烟气接触反应2~8S。优选地,加入NaOH调节吸收剂的pH值至8~9,优选地,加入NaOH调节吸收剂的pH值至8.81。在该pH值单质汞脱除效率高,至少为75%,且氧化性添加剂不易分解,也不会腐蚀设备。优选地,将调节pH值后的吸收剂于反应温度为20~70℃,更优选地,吸收剂反应温度为40.8℃。在该温度下吸收剂的脱汞效率高,且吸收剂稳定不易分解。本专利技术的仿生酶吸收剂利用仿生酶作为催化剂,在氧化性添加剂的作用下,产生氧化性活性物种,快速氧化烟气中的元素态汞,从而有效地脱除烟气中元素态的汞;并且在该吸收剂的作用下通过固液分离可直接实现烟气中元素态汞的去除,降低了脱汞的成本;且通过实验意外地发现,在pH值为9~10下时,吸收液中容易形成大量的具有活性物质的高价态的化合物(FeIV)较多,该活性物质易于元素态汞发生反应,有利于元素态汞的脱除;此外,在鼓泡反应器中,加入一定浓度的仿生酶吸收剂进行脱汞实验,结果表明,当烟气中元素态汞的浓度为10~100μg/m3,当反应温度为20℃~70℃,反应pH为6~14,气液接触时间为2~8S,仿生酶的浓度20ppm~200ppm,可脱除烟气中75%以上的元素态的汞,并可离子态的汞进一步转化为固态氧化汞,实现元素态汞的固定化脱除,从而解决了烟气中汞污染问题;并且现有技术中所用的H2O2浓度一般为几百mmol/L,反应条件酸性高,易腐蚀设备,且H2O2易分解,脱汞效率差;且若催化剂为Fe2+,中间形成过度态产物Fe3+在此pH极易发生水解,形成Fe(OH)3的沉淀物,吸收液中可看到红褐色铁泥,终止了脱汞反应,使脱汞反应不彻底;而本专利技术的吸收剂中使用的仿生酶易溶于水,可与H2O2作用,形成易于元素态汞反应的活性物质,避免本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种仿生酶在用于制备脱除烟气元素态汞的吸收剂中的应用。

【技术特征摘要】
1.一种仿生酶在用于制备脱除烟气元素态汞的吸收剂中的应用。2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物或四酰胺基大环锰配合物,所述四酰胺基大环铁配合物的结构式如下述(Ⅰ)式所示:所述四酰胺基大环锰配合物的结构式如下述(Ⅱ)式所示:其中,Y为Cl或H2O,R1-R5为H、CH3、CH2或羧基;优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物,当所述Y为Cl时;所述R1、R2为H或CH3,R3、R4、R5为H;或当所述Y为H2O时;R1、R2为CH3,R3为CH2,R4为H或COOH,R5为H或CH3;或所述仿生酶为四酰胺基大环锰配合物,所述Y为Cl时;所述R1R2为CH3,R3、R5均为H,所述R4为H或COOH;或当所述Y为H2O时;R1、R2、R5为CH3,R3为CHCH3或CH2,R4为CH3或COOH。3.一种脱除烟气中元素态汞的仿生酶吸收剂,包括以下各组分:0.04~0.80质量%的氧化性添加剂、20~200ppm的仿生酶和7.5~17.5体积%的磷酸盐缓冲液,所述吸收剂的pH值为9~10。4.根据权利要求3所述的脱除烟气中元素态汞的仿生酶吸收剂,其特征在于,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物和/或四酰胺基大环锰配合物,所述四酰胺基大环铁配合物的结构式如下述(Ⅰ)式所示:所述四酰胺基大环锰配合物的结构式如下述(Ⅱ)式所示:其中,Y为Cl或H2O,R1-R5为H、CH3、CH2或羧基;优选地,所述仿生酶为四酰胺基大环铁配合物,当所述Y为Cl时;所述R1、R2为H或CH3,R3、R4、R5为H;或当所述Y为H2O时;R1、R2为CH3,R3为CH2,R4为H或COOH,...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵毅马宵颖孙博华呙文杰李霁恒
申请(专利权)人:华北电力大学保定
类型:发明
国别省市:河北,13

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