具有持久吸附性能的纳汞材料制造技术

本发明专利技术涉及环境净化和保护领域，为一种具有持久吸附性能的纳汞材料。首先采用有机泡沫浸渍工艺制备出一种复合氧化铝陶瓷材料作为载体，然后采用浸濡法将活性剂负载在载体表面及其微孔隙中，活性剂覆盖面积要求达到85%以上。利用活性剂中氯离子、硫酸根和硝酸根离子对汞的氧化作用固定单质汞，利用银和汞形成汞齐反应粘溶单质汞，利用多孔陶瓷的巨大表面积吸附价态汞。最后通过低温热脱附法回收汞，并实现载体循环利用。这种材料不仅具有表面积大、渗透性强、压缩强度高、耐冲击、耐高温、对环境友好和化学稳定性高等性能，而且载体可以循环使用，汞回收简单易行，不会造成二次污染。此外，材料制备过程简单，成本低廉。具有很好的应用潜力和良好的社会经济效益。

Nano mercury material with persistent adsorption property

The invention relates to the field of environmental purification and protection, in particular to a mercury absorbing material with long-lasting adsorptive property. First, using the organic foam impregnation process to fabricate a composite alumina ceramic material as a carrier, and then using the immersion method to load on the carrier surface active agent and micropores, surfactant coverage area required more than 85%. Use of surfactant in the chloride ion, sulfate and nitrate ions on mercury oxidation of fixed elemental mercury, mercury amalgam formation reaction solution viscosity by silver and mercury, the huge surface area of porous ceramic valence mercury adsorption. Finally, mercury was recovered by low temperature thermal desorption, and the carrier was recycled. This material not only has large surface area, strong permeability, high compressive strength, impact resistance, high temperature resistance, environmentally friendly and high chemical stability performance, and the carrier can be recycled, recycling of mercury is simple, does not cause two pollution. In addition, the material preparation process is simple and the cost is low. It has good potential for application and good social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
具有持久吸附性能的纳汞材料
本专利技术涉及环境净化与保护领域，具体应用领域为有色金属冶炼、PVC化工行业、废物焚烧废气、燃煤排放过程中含汞废气治理应用的一种持久性纳汞材料。
技术介绍
汞是排放到大气中毒性比较强的重金属元素之一，对人类健康和大气质量危害很大。它还是一种全球迁移性的污染物，汞污染问题已经成为全球关注的热点。为了实现化工、采矿、冶炼、燃煤、医院、工厂等行业或部门在生产或工作过程中向外排放的废气和烟气中汞含量的合理控制，国外开展了大量的关于汞脱除技术方面的研究工作。工业生产中所排放的汞主要包括气态单质汞Hg，气态氧化物汞Hg2+和固态颗粒汞Hg三种形态。美国采用活性炭喷射技术（ACI）脱除燃煤烟气中的汞，吸汞后的活性炭颗粒再被除尘器捕获。由于活性炭表面的汞容易蒸发逸出，导致脱汞效率下降，因此采用卤素、硫、金属及金属氧化物等对活性炭进行改性处理。不仅防止汞脱附，而且在活性炭表面提供了更多的汞结合位，从而提高了脱汞能力。但是单位体积的活性炭吸附能力有限，导致活性炭消耗量巨大，ACI技术运营投资成本过高。为此，部分电厂利用飞灰或其他燃烧副产物来吸附烟煤燃烧中的一部分气态汞，并开始考虑将收集到的飞灰重新注入烟气中来达到脱汞目的。例如，亚富顿公司使用燃烧装置中某种排放物去除含汞物质，通用公司利用部分气化的煤进行除汞，密执安技术大学管理委员会利用燃烧副产物中未燃烧的炭来控制汞排放。总体来看，炭基吸附剂除汞效率不高，而且会对燃煤电站锅炉飞灰的综合利用产生不利影响。而钙基类物质容易获取，价格低廉，同时又是脱除烟气中SO2的有效脱硫剂。美国PSI机构发现沸石材料具有吸附汞的能力，而将其作为工业锅炉控制汞排放的吸附剂。但是，由于沸石本身对汞的吸附能力不强，为提高单位体积沸石的除汞效果，则可通过添加剂对沸石进行处理，来大幅度提高对汞的吸附能力。但钙基类物质容易吸潮脱落，目前尚处于实验室研究阶段，并未进入工业应用阶段。日本日立公司使用选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂对燃煤电厂尾气中的汞进行了去除，发现SCR脱硝催化剂对电厂烟气中的汞有氧化能力，可以将Hg0氧化为Hg2+，使汞的去除率达到75%以上。同时，对SCR催化剂进行了改进，除汞率超过85%。这种催化剂使用9500h后，汞的氧化活性仍然在0.85以上。我国近年来开始重视汞污染及控制问题，开展了一些汞治理方面的研究。上海交通大学研究了锰基复合氧化物及其对零价汞的吸附性能。发现以不同锰源制备的锰氧化物对零价汞具有不同的吸附性能，其中以硝酸锰为锰源制备的锰氧化物具有较高的吸附性能（100℃下10h吸附容量约为2.1mg/g），并且吸附性能与吸附剂的结构及锰的价态存在关联性，高价态的锰更有利于汞的吸附氧化。但缺点是在SO2存在条件下吸附汞后的脱附性能较差。有人提出负载NaI、CuCl2、CuBr2、FeCl3的沸石、硅酸钙和中性氧化铝具有很高的汞脱除效率。有些学者采用钙基吸附剂(CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O)来去除汞，发现钙基吸附剂对化合态汞的吸附能力要强于活性碳，但对元素汞的吸附能力要弱于活性碳。SO2和高温有利于钙基吸附剂对元素汞的吸附，但对HgCl2的吸附正好相反。钙基吸附剂对Hg2+的吸附效率较高，但对HgO的脱除效率很低，可以结合氧化催化剂进行协同脱除，但是汞还原问题仍不能解决。有人采用一种含氯氧化物氧化吸收汞，但氯离子容易腐蚀金属装置。有人采用石灰石和石膏及氧化剂的多级联合脱硫脱销工艺除汞，却带来二次污染和汞再释放问题。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀土元素。但是目前，由于技术不完善，地区发展不平衡，煤矸石的利用度极低。煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，煤矸石吸水易崩解，而产生大量粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，露天堆放时易自燃，而产生有毒气体污染环境。
技术实现思路
本专利技术基于上述问题，提供一种具有蜂窝结构或网结构的复合氧化铝陶瓷多孔材料作为载体，采用强酸性含银溶液对载体表面进行活化处理，开发出一种对大气、工业废气和燃煤烟气中的汞具有持久吸附性能的纳汞材料。该材料不仅具有表面积大、渗透性强、压缩强度高、耐冲击、耐高温、对环境友好和化学稳定性高等性能，而且载体可以循环使用，汞回收简单易行，不会造成二次污染。利用废弃的煤矸石作为原料，变废为宝，不但可制成有益环境的吸附剂，还可减少煤矸石的堆积量。由于采用了作为废弃物的煤矸石，利废为宝，还可进一步降低生产成本。此外，制备过程简单，成本低廉，具有很好的应用潜力和良好的社会经济效益。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：该具有持久吸附性能的纳汞材料，其技术要点是：由92~98wt%的复合陶瓷载体和2~10wt%活性剂制备而成。进一步的，所述复合陶瓷载体由按照重量比1：3的主原料和硅溶胶制成，主原料包括30~35wt%的Al2O3、55~60wt%的煤矸石以及5~10wt%的木炭粉或淀粉而成。进一步的，所述煤矸石包括SiO252~55wt%、Al2O316~36wt%以及Fe2O32~14wt%。进一步的，所述汞吸附剂溶液为pH1~5、浓度0.1~0.5mol/L（以Ag+离子计）的硫酸银、氯化银或硝酸银的一种以上的水溶液。pH可通过盐酸或硝酸调节。优选的，汞吸附剂溶液的温度20~35℃。进一步的，所述汞吸附剂的溶剂为自来水。进一步的，所述复合陶瓷载体压缩强度为3.0~5.0Mpa，表面粗糙度为0.3~0.8mm。该具有持久吸附性能的纳汞材料的制备方法包括以下步骤：步骤1）将包括30~35wt%的Al2O3、55~60wt%的煤矸石、5~10wt%木炭粉或淀粉的主原料混合均匀后，在搅拌状态下按照重量比1：3投入硅溶胶中，持续搅拌均匀得到料浆备用；步骤2）将具有多孔结构的聚氨脂泡沫浸入料浆中，取出干燥；步骤3）重复步骤2），直至聚氨酯泡沫的孔隙中充满料浆，得到陶瓷坯；步骤4）将陶瓷坯置于1280~1390℃下焙烧4h，取出后自然冷却至室温，得到具有多孔结构的复合陶瓷载体；步骤5）用水洗涤复合陶瓷载体表面的附着物，自然干燥2h~4h；步骤6）将复合陶瓷载体浸入浓度0.1~0.5mol/L的汞吸附剂溶液中2~8h至空隙中充满汞吸附剂后，将复合陶瓷载体取出，自然干燥2~6h；步骤7）重复步骤6）1~5次；步骤8）将复合陶瓷载体80℃烘干2~6h；或将载体浸渍到浓度为0.1~0.5mol/L的汞吸附剂溶液中，在80℃将蒸干汞吸附剂溶液，即得成品。进一步的，所述汞吸附剂溶液为汞吸附剂为pH1~5、浓度0.1~0.5mol/L的硫酸银、氯化银或硝酸银的一种以上的水溶液。进一步的，所述聚氨酯泡沫为网状或蜂窝状。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术将银离子、氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子结晶到网状孔眼结构或蜂窝结构的复合陶瓷载体表面和孔隙中，仅通过简单的浸泡、蒸干、再浸泡、再蒸干的若干次循环过程，即可使吸附剂的覆盖面积达到85%以上。一方面陶瓷体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：由90~98wt%的复合陶瓷载体和2~10wt%的汞吸附剂制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：由90~98wt%的复合陶瓷载体和2~10wt%的汞吸附剂制备而成。2.如权利要求1所述具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：所述复合陶瓷载体由按照重量比1：3的主原料和硅溶胶制成，主原料包括30~35wt%的Al2O3、55~60wt%的煤矸石以及5~10wt%的木炭粉或淀粉而成。3.如权利要求1或2所述具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：所述煤矸石包括SiO252~55wt%、Al2O316~36wt%以及Fe2O32~14wt%。4.如权利要求3所述具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：所述汞吸附剂溶液为pH1~5、浓度0.1~0.5mol/L的硫酸银、氯化银或硝酸银的一种以上的水溶液。5.如权利要求4所述具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：所述汞吸附剂的溶剂为自来水。6.如权利要求5所述具有持久吸附性能的纳汞材料，其特征在于：所述复合陶瓷载体为压缩强度3.0~5.0Mpa，表面粗糙度0.3~0.8mm的多孔结构。7.一种具有持久吸附性能的纳汞材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）将包括30~35wt%的Al2O3、55~...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正洁，陈扬，冯钦忠，
申请(专利权)人：中科京投环境科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32