本发明专利技术公开了一种分离烟气中NO的吸附剂，由如下原料按物质的量配比制作而成，模板分子1份，所述模板分子为甲酸、乙酸或者乙二酸中的一种；功能单体2~20份，所述功能单位为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、2，6‑二氨基吡啶中的一种或几种；交联剂10~25份，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺或者二乙烯基苯中的一种或几种。上述吸附剂采用分子印迹技术制备，其对烟气中的NO具有吸附容量大、选择性强的优点，并且再生能耗低，适用于利用固定床变温吸附/脱附NO分离装置分离烟气中的NO。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烟气净化领域，具体而言涉及一种分离烟气中NO的吸附剂及其应用。
技术介绍
在燃煤电厂排放的NOx中，NO占90%以上。NO是一种无色、无刺激性气味的不活泼气体。使用还原剂将氮氧化物还原为无害的氮气排放到大气中是当前脱硝技术主要研究方向，其中NH3-选择性催化还原（NH3-SCR）法是燃煤电厂中应用最为成熟的脱硝方法。然而NH3-SCR在实际应用中存在的主要问题有催化反应所需的温度较高，燃煤烟气中的其他组分会使催化剂中毒，过渡金属催化剂的成本较高，废弃的催化剂具有毒性会对环境造成二次污染，中毒后的催化剂再生成本高等，除此之外反应过程中还原剂氨的泄漏也会对电厂设备造成腐蚀并对环境造成污染。与传统的催化还原技术相比，使用固相吸附的方法不但可以实现氮氧化物的减排并且能够实现氮氧化物的资源化利用，同时还避免了氨逃逸造成的设备腐蚀等问题。无机多孔材料，如沸石、活性炭等多用做固相吸附剂，这类吸附剂吸附容量相对较高，然而这些材料表面基团复杂，容易与氮氧化物发生反应，被吸附的氮氧化物发生了化学变化不易解吸。一些金属氧化物类材料也能够对氮氧化物进行吸附，但是吸附容量相对较小，选择性和稳定性也尚不明确。上述几种材料如若作为NOx吸附剂均在吸附容量、选择性、稳定性、能耗与经济性以及表面复杂化学基团等方面分别存在不足。因此研发吸附容量大、选择性高、成本低、易再生的吸附剂是实现可资源化回收利用氮氧化物的固相吸附技术的重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种分离烟气中NO的吸附剂，其对烟气中的NO具有吸附容量大、选择性强的优点，并且再生能耗低。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种分离烟气中NO的吸附剂，由如下原料按物质的量配比制成：模板分子1份，所述模板分子为甲酸、乙酸或乙二酸；功能单体2~20份，所述功能单位为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和2，6-二氨基吡啶中的一种或几种；交联剂10~25份，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’- 亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯基苯中的一种或几种；引发剂0.35~0.45份，所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。上述吸附剂由如下方法制备：将所述物质的量的模板分子和功能单体溶解在反应器的溶剂中，超声助溶并静置，然后加入所述物质的量的交联剂和引发剂，超声脱气后充入氮气，然后将反应器密封，引发聚合反应并待反应完毕后将聚合产物研磨过筛，用甲醇与盐酸混合物反复洗涤以去除模板分子和未反应物，再用水洗涤，干燥后即得吸附剂。优选的，上述方法中：所述溶剂为乙腈或者乙腈和甲苯的混合物。超声助溶8~15分钟后静置1.5~2小时，超声脱气时间为8~15分钟。经紫外光照射或加热至55~75℃引发聚合反应并反应12~48小时后完毕。将聚合产物研磨过100目筛，用体积比为2~10 ∶ 1 的甲醇与20%质量百分数的盐酸的混合物在索氏提取器中反复洗涤 24~36 小时以去除模板分子和未反应物，再用纯水洗涤，60~120℃干燥过夜后即得吸附剂。本专利技术还提供上述吸附剂的应用，应用于烟气中固相NO的吸附脱除，采用固定床变温吸附 / 脱附NO分离装置，吸附温度为40~80℃，脱附温度为90 ~150℃。本专利技术中的吸附剂采用分子印迹技术，在合成过程中添加有模板分子，聚合完成后将模板分子通过物理或者化学的手段除去，从而留下对NO具有选择性吸附作用的空穴。该吸附剂对NO的吸附作用原理是：吸附剂表面具有的功能基团-NH2或-COOH，在模板分子与其之间氢键作用的诱导下规则排列，洗脱模板分子后，相邻基团之间生成适合于NO分子大小的空隙。当吸附剂与NO气体在无水条件下相互作用时，NO气体原子上形成的离域π键受到-NH2或-COOH基团的影响，与-NH2或-COOH结合形成-NH2+NO–或-COOH＋NO–中间体，最终形成相对稳定的NO吸附态，其在高温下发生可逆反应，释放出NO，吸附剂并得到再生。由于本专利技术的吸附剂是具有良好稳定性的高度交联的有机聚合物，因此其吸附容量大，具有良好的热稳定性和再生性能，能够实现对NO的捕集，不会对环境造成二次污染，对设备的腐蚀性小并且再生能耗低，其制备过程简单，操作方便，具有较强的经济性并易于工业化生产。本吸附剂的应用，对于减少NO排放、减缓氮氧化物对人类身体健康与生存环境造成的影响具有很强的现实意义。附图说明图1为本专利技术中所使用固定床变温吸附 / 脱附 NO分离装置。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术通过穿透时间来评价吸附剂对NO的吸附性能，并通过穿透曲线的积分计算得出固定床实验条件下吸附剂对NO/N2模拟烟气中NO的吸附量。穿透时间即使用NO/N2模拟烟气混合气体从开始通过吸附剂到NO的穿透饱和点的时间。实验过程中所使用的NO浓度为250~1000ppm。本专利技术通过如图 1 所示固定床变温吸附 / 脱附 NO分离装置测定本专利技术吸附剂对NO吸附的穿透曲线。所述装置包括：NO/N2钢瓶1，氩气钢瓶2，减压阀3和减压阀4，质量流量计5、质量流量计6，截止阀7、截止阀8、截止阀9、截止阀10、截止阀11，混气瓶12，三通阀13、三通阀14，保温箱15，吸附柱16，热电偶17，烟气分析仪18。实验中，将0.5g上述吸附剂放在内径为1.5cm、外径2cm的耐高温的固定床吸附柱16中，吸附柱16的两端由筛网填充，以减少吸附分离过程中吸附剂的损失和系统的死体积。吸附柱16的外侧由加热带环绕，三个热电偶17分别置于吸附柱16的顶部、中部和底部，用来进行检测操作过程中的温度变化并进行三级控温，温度变化可控制在±0.3℃左右。吸附剂在90~150℃的氩气气氛下加热脱气，至监测不到 NO为止。脱气后，待吸附柱降温至 40~80℃且稳定后，切换至模拟烟气(NO/N2) 气氛下，进行 NO吸附实验，NO的浓度为由烟气分析仪测定，气体总流量控制在200ml/分钟，由流量计控制。以上脱附/吸附实验重复进行10次，以研究吸附剂循环使用情况，若末次穿透时间仍在首次穿透时间的99％以上，则表明吸附剂循环使用情况良好。以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例 1，本实施例吸附剂是由以下方法制成的，其它物质的用量按照使用 1mmol 的甲酸的用量计算，将 1mmol 的甲酸、12mmol 的 丙烯酰胺置于反应器中，加入 10ml 的乙腈，超声助溶12分钟，并静置 1 小时使甲酸和丙烯酰胺充分作用；再加入25mmol 的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酯和 0.35mmol 的偶氮二异丁腈，超声脱气 10 分钟后，以100ml/ 分钟的流速充入氮气 15 分钟，氮气将空气全部置换后将反应器密封。将反应器置于室温、紫外光下，引发聚合反应 24 小时。将聚合反应产物研磨并过 100 目筛后置于索氏提取器中，用 150ml 体积比为 5 ∶ 1 的甲醇与浓度为20%的盐酸的混合物反复洗涤 24 小时，除去产物中的甲酸以及其它未反应物，再用高纯水洗涤，110℃干燥过夜，即得到NO吸附剂。氮气吸附实验测得吸附剂平均孔径为35nm。在固定床实验条件下，使用浓度为250ppm的NO，测得NO对吸附剂的穿透时间为156s，计算得模拟烟气通过固定床后吸附剂对NO吸附量的为0.015本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分离烟气中NO的吸附剂，其特征在于，由如下原料按物质的量配比制成：模板分子1份，所述模板分子为甲酸、乙酸或乙二酸；功能单体2~20份，所述功能单位为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和2，6‑二氨基吡啶中的一种或几种；交联剂10~25份，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’‑ 亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯基苯中的一种或几种；引发剂0.35~0.45份，所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
【技术特征摘要】
1.一种分离烟气中NO的吸附剂，其特征在于，由如下原料按物质的量配比制成：模板分子1份，所述模板分子为甲酸、乙酸或乙二酸；功能单体2~20份，所述功能单位为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和2，6-二氨基吡啶中的一种或几种；交联剂10~25份，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’- 亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯基苯中的一种或几种；引发剂0.35~0.45份，所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。2.如权利要求1所述的分离烟气中NO的吸附剂，其特征在于，由如下方法制备：将所述物质的量的模板分子和功能单体溶解在反应器的溶剂中，超声助溶并静置，然后加入所述物质的量的交联剂和引发剂，超声脱气后充入氮气，然后将反应器密封，引发聚合反应并待反应完毕后将聚合产物研磨过筛，用甲醇与盐酸混合物反复洗涤以去除模板分子和未反应物，再用水洗涤，干燥后即得吸附剂。3.如权利要求2所述的分离烟气中NO的吸附剂，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，王涵，
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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