一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料及其制备方法。该脱汞材料的主要活性组分为均匀分散于炭基体中的CoOx，其对燃煤烟气中的汞具有较好脱除性能。其制备方法为：将收割的钴富集植物的茎和根茎部分，清洗、粉碎后与活化剂混合，然后置于N2氛围下热解得到。将钴富集的水体/土壤修复植物通过一次热解转化为含钴的炭材料用于燃煤烟气气态单质汞的脱除，不需要额外添加金属氧化物活性组分，从而降低了脱汞炭基材料的成本，而且收割后的钴富集植物也能够得到充分合理利用，最终达到以废治废之目的。达到以废治废之目的。

【技术实现步骤摘要】
一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及大气污染控制领域，尤其涉及一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国经济高速发展，巨大的能源需求致使以燃煤为主的能源结构短期内难以改变。大量煤炭燃烧致使每年排放到大气环境中的汞含量巨大，汞污染问题日益严峻。国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，首次将汞的排放浓度限值予以明确：0.03mg/Nm3，并于2015年发布了《汞污染防治技术政策》文件，以指导燃煤电厂与燃煤工业锅炉等涉汞行业清洁生产和污染防治。随着我国环保标准的不断提高，建立科学、系统的燃煤电厂汞污染控制理论，寻求高效、经济的汞污染控制技术迫在眉睫。
[0003]烟气中的汞主要以气态单质汞(Hg0)存在，将不易去除的Hg0转化为易于去除的(颗粒态汞)Hg
p
和氧化态汞(Hg
2+
)是研究的主要方向。炭基吸附剂吸附法是处理燃煤烟气汞的一种有效方法。为增强其处理效果，通常对炭基吸附剂进行化学改性：常见为引入过渡金属如钴(Co)、锰(Mn)、铜(Cu)、铁(Fe)、钒(V)、铬(Cr)等的氧化物进入吸附剂体系。以CoOx为例，CoOx中的晶格氧([O])可以通过Mars-Maessen途径将吸附于其表面的Hg0氧化为HgO；若烟气中存在HCl时，其亦可以将HCl活化为活性氯(Cl*)进而通过Langmuir-Hinshelwood或Eley-Rideal途径氧化Hg0为HgCl2。通过吸附与氧化的协同作用，可以强化炭基吸附剂对汞的脱除效果。但是，该方法缺点也非常明显，额外的化学改性使得炭基吸附剂成本显著增加，改性过程亦会影响炭基吸附剂表面原有的对Hg0吸附氧化具有促进作用的含氧基团(C＝O、OH、-CO-O-等)的含量及分布。
[0004]另一方面，Co被广泛运用于建筑工业、染料生产、电子设备制造等行业，水体及土壤中的Co含量超标事件时有发生。以鸢尾、绿萝等为代表的植物修复技术是处理Co等金属污染的有效手段之一。利用植物的吸收、沉淀、富集等作用能够有效降低污染土壤或水体中的金属含量。然而，金属富集后的收割植物一直未得到有效利用。
[0005]本专利技术提出将钴富集的水体/土壤修复植物通过一次热解转化为含钴的炭材料用于燃煤烟气汞的脱除，其不需要额外添加金属氧化物活性组分，从而降低了脱汞炭基材料的成本，而且收割后的钴富集植物也能够得到充分合理利用，最终达到以废治废之目的，具有良好应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料及其制备方法，用来降低炭基烟气脱汞材料的成本，同时充分有效利用收割后的钴富集水体/土壤修复植物，达到以废治废。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料：该材料包括由钴富集植物通过一次热解转化而成的炭基体，该脱汞材料的主要活性组分为均匀
分散于炭基体中的CoOx，脱汞材料中Co的质量百分比为8～15％。
[0008]作为优选项：上述的一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，所述炭基体为由钴富集植物添加活化剂通过一次热解转化而成的炭基体。
[0009]作为优选项：上述的一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，所述活化剂为ZnCl2或H2SO4，活化剂与钴富集植物粉末的质量比为0～0.3。
[0010]作为优选项：所述的钴富集植物为鸢尾、绿萝、倒挂金钟中的一种或多种。该钴富集植物可以为钴富集水体/土壤修复植物。
[0011]本专利技术还提供上述炭基烟气脱汞材料的制备方法，具体步骤如下：
[0012](1)将收割的钴富集植物的茎和根茎部分洗去泥质等杂质后，置于75～105℃条件下干燥20～24h，其后切割粉碎过筛得到钴富集植物粉末；
[0013](2)将步骤(1)得到的钴富集植物粉末与活化剂溶液均匀混合后，超声浴30～50min，然后置于75～105℃条件下干燥20～24h得到混合物A；
[0014](3)将步骤(2)得到的混合物A置于N2气氛程序升温管式炉中，600～900℃条件下热解50～80min，冷却至室温后，以去离子水洗涤，然后在75～105℃条件下干燥20～24h后，经过研磨得到该烟气脱汞材料。
[0015]作为优选项：所述步骤(1)中切割粉碎过50目筛得到钴富集植物粉末。
[0016]作为优选项：所述步骤(2)中的活化剂为ZnCl2或H2SO4，活化剂与钴富集植物粉末的质量比为0～0.3。
[0017]一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料用于脱除燃煤烟气中的气态单质汞。
[0018]一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料用于脱除包含O2、NO或HCl成分的燃煤烟气中的气态单质汞。
[0019]本专利技术的以钴富集植物为原料的炭基烟气脱汞材料应用于燃煤烟气脱汞的过程是：在100～300℃条件下，O2、NO、HCl等氧化性气体在该材料表面CoOx活性位点形成对单质汞具有氧化能力的O*、Cl*、NO2等活性物质，其能够促进单质汞的吸附氧化脱除，反应式如下：
[0020]Co2O3→
2CoO+O*
[0021]O*+Hg0→
HgO
[0022]Co2O3+NO
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→
2CoO-NO
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[0023]2[CoO-NO
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]+Hg0+O2→
2CoO+Hg(NO3)2[0024]O*+HCl
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→
2Cl*+H2O
[0025]Hg0+2Cl*
→
HgCl2[0026]相比H3PO4、HNO3等活化剂，使用ZnCl2或H2SO4为活化剂时，能够通过与Co活性位点的协同作用，增加该炭基脱汞材料的活性S*和活性Cl*含量，其能够进一步增强对汞的脱除效果。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028](1)本专利技术提出将钴富集的水体/土壤修复植物通过一次热解转化为含钴的炭材料用于燃煤烟气汞的脱除，其不需要额外添加金属氧化物活性组分，从而降低了脱汞炭基材料的成本。
[0029](2)收割后的钴富集植物能够得到充分资源化利用。
[0030](3)制备方法简单，利于工程化应用。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制。基于本专利技术启示，不脱离本专利技术权利要求所保护的范围，而做出的方法替换或变形，均落入本专利技术的保护范围之内。本专利技术的请求保护范围以所附权利要求为准。
[0032]实施例1
[0033]将收割的钴富集植物鸢尾的茎和根茎部分洗去泥质等杂质后，置于105℃条件下干燥24h，其后切割粉碎后过50目筛得到钴富集植物粉末。将得到的钴富集植物粉末置于N2气氛程序升温管式炉中，900℃条件下热解80min，冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，其特征在于，包括由钴富集植物通过一次热解转化而成的炭基体，该脱汞材料的主要活性组分为均匀分散于炭基体中的CoOx，脱汞材料中Co的质量百分比为8～15％。2.根据权利要求1所述的一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，其特征在于，所述炭基体为由钴富集植物添加活化剂通过一次热解转化而成的炭基体。3.根据权利要求2所述的一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，其特征在于，所述活化剂为ZnCl2或H2SO4，活化剂与钴富集植物粉末的质量比为0～0.3。4.根据权利要求1所述的一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料，其特征在于，所述钴富集植物为鸢尾、绿萝、倒挂金钟中的一种或多种。5.一种以钴富集植物为原料的烟气脱汞材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将收割的钴富集植物的茎和根茎部分洗去杂质后，置于75～105℃条件下干燥20～24h，其后切割粉碎过筛得到钴富集植物粉末；(2)将步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿鹄，荣浩，汪远，
申请(专利权)人：中南财经政法大学，
类型：发明
国别省市：