一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法。本发明专利技术的结构式吸附材料以泡沫金属为载体，泡沫金属上原位负载硒化物；泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍中的一种。其由泡沫金属和硒氢化钠NaHSe溶液超声原位硒化反应制得。本发明专利技术的吸附材料具有良好的通透性和机械性能，不仅可做成蜂窝状，也可组成板式结构，可以将其布置在烟道中脱汞，解决燃煤烟气中的汞向飞灰和脱硫副产品中转移，实现燃煤烟气汞的一次性高效脱除；同时该吸附材料还具有良好的抗SO2和H2O性能，适用于冶炼烟气脱汞。

A Structural Adsorption Material for Mercury Removal from Flue Gas and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法
本专利技术属于烟气中汞脱除
，具体涉及一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法。
技术介绍
汞是一种神经毒物，具有极强的累积性和不可逆性，对人类健康具有很大的威胁。燃煤是最主要的人为汞排放源之一。2017年8月16日，具有全球法律约束力的《关于汞的水俣公约》正式生效，公约规定，必须对燃煤锅炉、冶炼烟气采取措施，控制并减少烟气中汞及其化合物的排放。汞在烟气中主要以3种形式存在，分别为：单质汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)。其中颗粒态汞(Hgp)可被除尘装置捕获，而氧化态汞(Hg2+)易溶于水，可被湿式烟气净化装置高效去除，而单质汞(Hg0)因其极易挥发且不溶于水，很难利用现有的烟气处理装置直接去除。因此，Hg0成为烟气汞污染治理的重点和难题。活性炭喷射是目前较为成熟的燃煤烟气脱汞技术，然而，要达到较高的脱汞效率，需要喷入大量的活性炭，其高昂的成本限制了其在国内的应用，且其引入的活性炭会影响飞灰的使用，从而限制了其大规模商业化应用。考虑到活性炭喷射技术的诸多缺点均与活性炭本身的特性有关，许多非碳基吸附材料被开发并用于烟气脱汞，如飞灰、沸石、金属氧化物等，为了获得较高的脱汞效率，通常采用卤素、硫、贵金属等对吸附剂进行改性处理。但是，这些材料与汞的亲和力通常较低，导致吸附效率有限。此外，吸附剂喷射技术虽然能够有效脱除烟气中的汞，但是这部分汞被转移至飞灰或脱硫副产品中。粉煤灰、脱硫石膏等都是建材等行业重要的生产原料，汞的富集无疑将汞的污染转嫁至其它工业生产过程，并没有真正实现燃煤汞污染的彻底治理。结构化的吸附材料可有效减少烟气中的汞向飞灰和脱硫副产品中的转移，实现燃煤烟气中汞的一次性高效脱除。目前，蜂窝陶瓷和成型的锐钛矿TiO2被广泛应用作结构化载体来制备催化剂，通常采用浸渍法将活性组分负载到结构式载体上，但这些载体的机械强度较低、传质速率较慢，活性组分负载不牢固、不均匀。冶炼烟气中汞浓度高出燃煤烟气汞浓度数千倍，并且同时含有高浓度的SO2。冶炼烟气脱汞技术主要包括液相氧化吸收法和吸附剂吸附法。典型的液相氧化吸收法包括氯化汞吸收法、次氯酸钠溶液吸收法、软锰矿-硫酸吸收法、高锰酸钾溶液吸收法以及碘络合吸收法等，其原理是通过氧化剂将零价汞氧化为二价汞，或将汞络合为可溶于水的络合物，并进而被溶液吸收。该类方法尽管具有较高的汞脱除率，但是运行费用高昂，且存在废吸收液的安全处置问题。此外，还可通过吸附法对冶炼烟气中的汞进行脱除，包括硒过滤器法、碳过滤器法、多硫化钠吸附法，这些方法对SO2和H2O极为敏感，限制了其应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法。本专利技术以泡沫金属为载体，采用原位硒化方法制备硒化物修饰的泡沫金属，活性组分牢固、均匀地负载到泡沫金属上；该吸附材料与汞具有强亲和力，吸附容量大、吸附速率快；该吸附材料良好的通透性和机械性能不仅可做成蜂窝状，也可组成板式结构，可以将其布置在烟道中脱汞，解决燃煤烟气中的汞向飞灰和脱硫副产品中转移，实现燃煤烟气汞的一次性高效脱除；该吸附材料还具有良好的抗SO2和H2O性能，适用于冶炼烟气脱汞。本专利技术的技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料，其以泡沫金属为载体，泡沫金属上原位负载硒化物；泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍中的一种。优选的，泡沫金属的孔隙率为60％-90％。优选的，结构式吸附材料由泡沫金属和硒氢化钠NaHSe溶液超声原位硒化反应制得。本专利技术进一步提供一种根据上述的结构式吸附材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将泡沫金属在盐酸溶液中超声处理一定时间，然后用去离子水洗涤数次，以除去泡沫金属表面的杂质；(2)将硒粉和硼氢化钠NaBH4溶于去离子水中并加热至溶解，获得NaHSe溶液；(3)将泡沫金属浸入NaHSe溶液中，超声处理一定时间后取出，然后用去离子水洗涤数次，干燥后获得结构式吸附材料。优选的，步骤(1)中，盐酸浓度为0.1-3mol/L，超声处理时间为5-60min。优选的，泡沫金属与硒粉的摩尔比为1:0.2-1:2。优选的，步骤(2)中，硒粉和NaBH4的摩尔比为1:1-1:5，加热温度为60-120℃；步骤(3)中，超声处理时间为20-120min。本专利技术提供的一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料，即硒化物修饰的泡沫金属，其可用于脱除燃煤烟气中的单质汞，其与汞具有强亲和力，吸附容量可达到148.19-280.36mg·g-1，是不同商业活性炭的154-705倍，吸附速率可以达到44.8-96.4μg·g-1·min-1，是活性炭的89-1659倍；该材料可做成蜂窝状，也可组成板式结构，将其布置在烟道中可有效吸附烟气中的汞。所述吸附材料的布置位置可根据电厂的实际情况而定，具体包括除尘器前/后、脱硫装置前/后、湿式电除尘器前/后。本专利技术中提供的一种用于脱除烟气中汞的结构式吸附材料，具有良好的抗SO2和H2O性能，适用于高SO2和H2O含量的冶炼烟气脱汞。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供了一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料及其制备方法。一方面，利用结构式吸附材料可实现燃煤烟气中汞的一次性高效脱除，有效减少烟气中的汞向飞灰和脱硫副产品中的转移，大大降低汞的二次处置成本；另一方面，原位硒化方法简化了合成过程，避免在活性组分和载体之间引入粘结层，可使活性组分牢固、均匀地负载到结构式载体即泡沫金属上；再一方面，泡沫金属具有优异的机械性能，便于焊接与剪裁，可将结构式吸附材料做成蜂窝状，也可组成板式结构，根据电厂实际情况灵活布置在烟道中吸附烟气中的汞；此外，该材料具有良好的抗SO2和H2O性能，适用于高SO2和H2O的冶炼烟气脱汞。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1(1)将1g泡沫铜在0.1M盐酸溶液中超声处理5min，然后用去离子水洗涤数次，以除去泡沫铜表面的杂质；(2)将0.248g硒(Se)粉和0.594g硼氢化钠(NaBH4)溶于去离子水中并加热至90℃溶解，获得硒氢化纳(NaHSe)溶液；(3)将泡沫铜浸入上述NaHSe溶液中，超声20min后取出，然后用去离子水洗涤数次，干燥后获得Cu2Se修饰的泡沫铜。(4)将上述Cu2Se修饰的泡沫铜用于燃煤烟气脱汞，烟气温度为60℃即脱硫装置之后的烟气温度，烟气中汞的浓度为60μg/m3，在50h内脱汞效率可维持在100％，吸附量达到240.92mg·g-1，是商业氯化活性炭的551倍，吸附速率可以达到69.4μg·g-1·min-1，是氯化活性炭的569倍。实施例2(1)将1g泡沫铜在0.1M盐酸溶液中超声处理5min，然后用去离子水洗涤数次，以除去泡沫铜表面的杂质；(2)将1.242g硒(Se)粉和2.975g硼氢化钠(NaBH4)溶于去离子水中并加热至90℃溶解，获得硒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料，其特征在于，其以泡沫金属为载体，泡沫金属上原位负载硒化物；泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种脱除烟气中汞的结构式吸附材料，其特征在于，其以泡沫金属为载体，泡沫金属上原位负载硒化物；泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍中的一种。2.根据权利要求1所述的结构式吸附材料，其特征在于，泡沫金属的孔隙率为60%-90%。3.根据权利要求1所述的结构式吸附材料，其特征在于，其由泡沫金属和硒氢化钠NaHSe溶液超声原位硒化反应制得。4.一种根据权利要求1所述的结构式吸附材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将泡沫金属在盐酸溶液中超声处理一定时间，然后用去离子水洗涤数次，以除去泡沫金属表面的杂质；（2）将硒粉和硼氢化钠NaBH4溶于去...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建平，李琴，李海龙，屈文麒，胡迎超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43