可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂、制备方法及其应用。所述的吸附剂是通过对主要成分为Fe

Natural magnetite adsorbent modified by renewable hydrogen sulfide, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂、制备方法及其应用
本专利技术属于吸附剂材料
，涉及一种可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂，具体涉及一种用于吸附净化气体中零价汞的可再生H2S改性天然磁铁矿吸附剂、制备方法及其应用。
技术介绍
尽管煤中汞含量较低，但由于燃煤消费使用量巨大，燃煤汞排放对于生物环境和人类健康造成了极大影响，因此控制燃煤汞污染排放已经迫在眉睫，开展燃煤汞污染控制技术的相关研究显得十分必要。汞在燃煤烟气中主要以单质汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)以及颗粒态汞(Hgp)三种形式存在，其中单质汞挥发性高、水溶性低，是最难控制的形态。目前国际上控制燃煤电厂零价汞排放的技术主要有SCR+FGD联用技术和活性炭吸附技术。由于我国燃煤普遍具有低氯高硫的特点，极大地降低上述两种控制技术的净化效率，同时容易造成严重的二次污染，因此上述两种控制技术在实际应用中受到很大限制。为了提高脱汞效率、减少二次污染，研究人员致力于开发新型高效吸附剂。其中天然矿石类吸附剂因其储量丰富、低廉易得等特性被人们广泛关注([1]杨士建.磁性铁基尖晶石对气态零价汞的化学吸附研究[D].上海:上海交通大学,2012；[2]LiaoY,etal.ThecentralizedcontrolofelementalmercuryemissionfromthefluegasbyamagneticrengenerableFe–Ti–Mnspinel[J].Journalofhazardousmaterials,2015,299:740-746.)。磁铁矿是常见的天然矿石，其主要的成分为Fe3O4。天然磁铁矿具有一定的零价汞吸附能力，同时因具有磁性可以实现分离回收。但其吸附容量有限，而且抗水抗硫性较差，直接应用于燃煤烟气汞排放控制面临成本高昂等诸多问题(LiaoY,etal.RecyclableNaturallyDerivedMagneticPyrrhotiteforElementalMercuryRecoveryfromFlueGas[J].EnvironmentalScience&Technology,2016,50(19):10562-10569.)。
技术实现思路
为了提升天然磁铁矿低温吸附零价汞的性能，本专利技术提供一种可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂、制备方法及其应用。本专利技术利用硫化氢预处理的方式对天然磁铁矿进行改性，在其表面生成活性硫，极大程度地提升了低温零价汞吸附性能，同时兼具磁性可以实现分离回收。本专利技术的技术方案如下：可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将天然磁铁矿粉末压成薄片，研磨，过筛，得到40～60目的天然磁铁矿，置于300℃的H2S气体中处理，自然冷却后得到H2S改性天然磁铁矿吸附剂。优选地，所述的天然磁铁矿选自主要成分为Fe3O4的矿石。优选地，所述的压成薄片时的压力为10～20MPa。优选地，所述的处理时间为1～2h。本专利技术提供上述可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂在吸附气体中零价汞的应用。在可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂在吸附气体中零价汞的应用中，所述的吸附剂可以粉末形式喷入以燃煤电厂烟气为代表的固定源尾气中进行吸附。所述吸附剂使用后可以通过磁分离从飞灰等杂质中分离，经过再生处理可以重新投入使用，所述的再生方法包括如下步骤：将使用后的可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂在氮气环境中于200～600℃下进行脱附，再在300℃H2S气体中处理，自然冷却后得到再生的吸附剂。优选地，所述的脱附时间为1～2h。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂具有优异的零价汞吸附性能，适用于燃煤电厂烟气为代表的固定源零价汞排放控制；(2)可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂在含有大量水和二氧化硫的环境中仍可以表现出优异的零价汞吸附性能，抗水抗硫性好；(3)可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂的制备方法简单易行，成本低，并且具有强磁性，使用后可以通过磁分离从飞灰中分离，经过再生可以重新投入使用。附图说明图1为不同H2S处理时间的天然磁铁矿60℃吸附零价汞穿透曲线。图2为天然磁铁矿、H2S改性磁铁矿、循环吸附-脱附后H2S改性磁铁矿的XRD图谱。图3为(a)天然磁铁矿(b)H2S改性磁铁矿的磁滞回线。图4为天然磁铁矿、H2S改性磁铁矿XPS图谱。图5为Hg0吸附后H2S改性磁铁矿XPS图谱。图6为H2S改性磁铁矿、S单质对Hg0的吸附能力图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1将天然磁铁矿用H2S气体在300℃条件下对固形物进行处理1h，得到H2S改性天然磁铁矿吸附剂，称为吸附剂A。实施例2将天然磁铁矿用H2S气体在300℃条件下对固形物进行处理2h，得到H2S改性天然磁铁矿吸附剂，称为吸附剂A1。对比例1将天然磁铁矿固形物在马弗炉中于500℃空气条件下焙烧3h得到天然磁赤铁矿(主要成分为Fe2O3)，最后用H2S气体在300℃条件下对固形物进行处理1h，得到H2S改性天然磁赤铁矿吸附剂，称为吸附剂B。对比例2通过淘宝网购买天然磁铁矿若干。压片研磨获得40-60目天然磁铁矿颗粒，称为吸附剂C。实施例3(1)XRD天然磁铁矿、H2S改性磁铁矿以及经过五轮循环吸附-脱附后的H2S改性磁铁矿的XRD谱图如图2所示，由图2和表1可以看到天然磁铁矿的主要成分是磁铁矿(Fe3O4)，同时还存在有少量的石英和微量的MgO；经过H2S预处理后，XRD图谱中产生了黄铁矿(pyrite)的特征峰，并且导致磁铁矿的特征峰(311晶面)略微向左偏移，但基本保持磁铁矿的结构不变；经过五轮循环吸附-脱附的H2S改性磁铁矿除了在黄铁矿(pyrite)的特征峰更加明显，γ-Fe2O3、石英、MgO、MgAl2O4的特征峰也更加明显，这可能是由于多次H2S预处理以及吸附-脱附的消耗，使磁铁矿所占比例降低，从而导致所含杂质的比例相对升高。上述实验结果表明：H2S改性磁铁矿的结构产生了部分变化，但整体结构变化不大。表1天然磁铁矿中各物质含量％(2)磁性图3为(a)天然磁铁矿，(b)H2S改性磁铁矿的磁滞回线。磁性强弱决定了吸附剂回收再生的难易程度以及其是否便于汞污染的集中控制和汞资源的回收利用。如图3所示，天然磁铁矿具有很强的磁性(饱和磁化强度高达56emug-1)，并且剩磁和矫顽力几乎可以忽略，没有明显的磁滞回线。而H2S改性磁铁矿的饱和磁化强度虽然有所下降，但仍然达到了53emug-1左右，因此H2S改性磁铁矿的磁性特征使其便于回收和分离。(3)XPS为了对吸附剂中各种元素所占比例进行定量分析，对天然磁铁矿、H2S改性磁铁矿和H2S改性磁铁矿吸附Hg0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将天然磁铁矿粉末压成薄片，研磨，过筛，得到40～60目的天然磁铁矿，置于300℃的H

【技术特征摘要】
1.可再生硫化氢改性天然磁铁矿吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将天然磁铁矿粉末压成薄片，研磨，过筛，得到40～60目的天然磁铁矿，置于300℃的H2S气体中处理，自然冷却后得到H2S改性天然磁铁矿吸附剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的天然磁铁矿的主要成分为Fe3O4的矿石。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的压成薄片时的压力为10～20MPa。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的处理时间为1～2h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的H2S气体处理温度为300℃。


6.根据权利要求1至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨士建，孔令楠，邹明璟，耿阳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32