一种基于静电组装的吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于静电组装的吸附材料及其制备方法和应用，选用合适的阴或阳离子聚电解质对成型载体进行表面修饰改性，使其表面覆盖带有负或正电荷的薄膜，通过正负电荷相互吸引，将表面带有相反电荷的活性成分担载到成型载体上，从而获得具有高通透结构的吸附材料。本发明专利技术的高通透结构吸附材料制备方法简单、成本低，该方法广泛适用于多类表面带有电荷的脱汞活性成分的分散担载制备生产高通透结构材料，克服了传统固定床技术易堵塞、压降大的难题，具有广阔的工业应用前景。具有广阔的工业应用前景。具有广阔的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电组装的吸附材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境污染防治净化
，具体涉及一种基于静电组装的吸附材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]汞是一种具有持久性、易迁移性、高毒性和生物蓄积性的神经毒性物质。根据最新的《全球汞评估》报告，2015年燃煤、黑色和有色金属生产、垃圾焚烧等人为来源的汞排放量约为2150吨，五年内快速增长超过12％。人为汞排放已对公众健康和环境造成了巨大威胁。在燃煤烟气中，汞以气态汞(Hg0)、氧化态汞(Hg
2+
)和颗粒态汞(Hg
p
)三种形式存在。首先会有部分Hg0经SCR催化氧化成Hg
2+
，后续被湿法脱硫装置捕获，少量的Hg
2+
能够吸附在颗粒物上转化为Hg
p
，进而被除尘装置捕获，最后释放到大气中的汞主要以气态单质汞的形式存在。因此，研究降低煤燃烧烟气中Hg0排放的有效方法具有重要意义。
[0003]颗粒物控制设备(PMCD)上游注入活性炭(ACI)是目前最成熟、最广泛商业化的气体Hg0去除技术之一。大多数活性炭对Hg0的捕获是通过物理吸附或弱化学吸附的方式进行的，缺乏能够在活性炭表面快速固定Hg0的活性配体，活性炭喷射技术面临着成本高和二次污染的问题。因此，开发高效和环境友好的吸附材料对于实现煤燃烧过程中汞的超低排放至关重要。
[0004]金属硫化物/硒化物因其活性位点暴露比高、对汞具有极高的亲和力以及吸附产物的极难溶性而受到人们的广泛关注。然而，在吸附剂喷射技术中，由于吸附剂与烟气接触时间较短，大大限制了汞的吸附，吸附剂还远未达到饱和即被排出烟道，使得大量吸附剂被浪费。而直接将粉末吸附剂应用于传统固定床技术，将会引起压降大、易堵塞、吸附剂流失等问题。将脱汞活性成分负载到具有通透结构的成型载体上，获得高通透结构吸附材料，可以有效避免这些问题。在整体式吸附材料的制备方法中，一般采用浸渍法将活性组分涂覆在载体上。但该方法存在诸多弊端：在浸渍过程中活性组分易发生团聚，导致活性组分分布不均，堵塞载体通道，负载效果较差；活性组分与载体的粘附性差，引起活性组分的脱落；生产过程药剂使用量较大，废水产生量较多；这些弊端严重制约了该方法的规模化应用。
[0005]共沉淀法是将脱汞活性成分负载到成型载体表面的方法，该方法避免了活性组分分布不均和粘附性差的问题，但是该方法对成型载体和活性组分的表面性质要求较高，仅适用于特殊的一类物质，具有局限性。因此，开发简单、方便且适用性高的负载方法，以获得脱汞活性成分分散性高且不易脱落的高通结构吸附材料，实现环境友好且经济高效的Hg0捕获具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于静电组装的吸附材料及其制备方法和应用，通过静电自组装法制备的高通透结构吸附材料具有较好的稳定性，脱汞活性成分可以牢固地负载到成型载体上。该负载方法简单、易操作，适用于表面带有电荷的脱
汞活性成分，具有广泛适用性。
[0007]一种基于静电组装的吸附材料的制备方法，采用静电自组装法将聚阴离子或聚阳离子电解质对成型载体进行表面修饰改性，表面带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分担载到成型载体上，获得吸附材料。
[0008]所述的制备方法，聚阴离子电解质包括：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或几种，聚阳离子电解质包括：聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶中的一种或几种。
[0009]所述的制备方法，带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分包括：金属硒化物或金属硫化物中的至少一种。
[0010]所述的制备方法，成型载体包括：聚氨酯海绵、密胺海绵、发泡棉、涤纶、PTFE布袋中的至少一种。
[0011]所述的制备方法，具体包括以下步骤：
[0012](1)将成型载体放入乙醇或丙酮溶液中，超声处理一段时间，以去除成型载体表面杂质，干燥后得到干净的成型载体；
[0013](2)将清洗后的成型载体放入聚阴离子或聚阳离子电解质溶液中，超声水洗干燥后，得到表面带有负或正电荷的成型载体；
[0014](3)将步骤(2)中表面带有负或正电荷的成型载体放入含有表面带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分的悬浮液中，振荡干燥后，得到基于静电组装的吸附材料。
[0015]所述的制备方法，步骤(1)中，所述超声时间为5
‑
10min，干燥温度为50
‑
100℃。
[0016]所述的制备方法，步骤(2)中，聚阴离子或聚阳离子电解质溶液的浓度不超过8wt％，成型载体与聚阴离子或聚阳离子电解质溶液的投料比为1:0.1
‑
1:0.4(cm3/g)。
[0017]所述的制备方法，步骤(2)中，所述超声时间为5
‑
15min，水洗时间为1
‑
5min，干燥温度为30
‑
80℃，干燥时间为4
‑
24h。
[0018]所述的制备方法，步骤(3)中，带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分与成型载体的投料比为0.02:1
‑
0.1:1(g/cm3)，所述悬浮液以乙醇为溶剂，加入表面带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分后形成的，活性成分浓度为1
‑
8mg/ml。
[0019]步骤(3)中所述振荡时间为6
‑
18h，真空干燥温度为40
‑
80℃，干燥时间为4
‑
12h。
[0020]本专利技术还提供了一种基于静电组装的吸附材料，由上述的方法制备得到。
[0021]本专利技术还提供了所述的基于静电组装的吸附材料的应用，用于汞吸附，尤其应用于WFGD、WESP污染物控制装置末端。
[0022]通过上述技术方案，本专利技术的原理和优势如下：
[0023]本专利技术提供的静电自组装的负载方式简单、方便，适用于表面带有电荷的脱汞活性成分，具有广泛适用性。通过该方法制备的高通透结构吸附材料具有较好的稳定性，脱汞活性成分可以牢固地负载到成型载体上，大幅度的增加了脱汞活性成分的比表面积，提高了活性位点的分散性。本专利技术的高通透结构吸附材料制备方法简单、成本低，该方法广泛适用于多类表面带有电荷的脱汞活性成分的分散担载形成高通透结构材料，克服了传统固定床技术易堵塞、压降大的难题，具有广阔的工业应用前景。本专利技术制备的高通透结构吸附材
料具有良好的脱汞性能，适用于WFGD、WESP(WFGD、WESP分别指的是湿法脱硫装置和湿式电除尘装置)等污染物控制装置末端。
[0024]和现有技术相比，本专利技术技术方案有以下有益效果：
[0025](1)该方法制备的高通透结构吸附材料具有较好的稳定性，在振荡过程中脱汞活性成分获得更多的动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静电组装的吸附材料的制备方法，其特征在于，采用静电自组装法将聚阴离子或聚阳离子电解质对成型载体进行表面修饰改性，表面带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分担载到成型载体上，获得吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚阴离子电解质包括：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或几种，聚阳离子电解质包括：聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，带有与聚阴离子或聚阳离子电解质相反电荷的活性成分包括：金属硒化物或金属硫化物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，成型载体包括：聚氨酯海绵、密胺海绵、发泡棉、涤纶、PTFE布袋中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将成型载体放入乙醇或丙酮溶液中，超声处理一段时间，以去除成型载体表面杂质，干燥后得到干净的成型载体；(2)将清洗后的成型载体放入聚阴离子或聚阳离子电解质溶液中，超声水洗干燥后，得到表面带有负或正电荷的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建平，朱鹏琳，李海龙，孟凡悦，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：