气态砷吸附剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于气态砷吸附领域，具体涉及一种气态砷吸附剂的制备方法，预先将铁硫化物和金属M氧化物进行超声处理得超声处理料，再将超声处理料进行球磨处理，即得；所述的金属M为Al、Ca、Cu、Mn中的至少一种。本发明专利技术还包括所述的制备方法制得的材料及其在气态砷吸附中的应用。本发明专利技术所述的工艺制备的材料对气态砷具有优异的吸附效果。有优异的吸附效果。有优异的吸附效果。

【技术实现步骤摘要】
气态砷吸附剂及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及脱砷领域，具体涉及气态砷脱除领域。

技术介绍

[0002]工业烟气中重金属排放对大气环境造成了难以逆转的影响，危害人类身体健康。含砷化合物是当前环境中危害性最大的物质之一，一经进入人体很难去除，砷可以通过呼吸道、皮肤和消化道等方式进入人体，危害人体细胞，引起各种疾病，如中毒性神经衰弱症，多发性神经炎、皮肤癌等。目前，工业生产排放到环境中砷约为195.0t/年，燃煤电厂、有色金属、无机化工等工业烟气中砷排放逐步受到关注，烟气砷减排对实现工业烟气的超低排放具有重要的意义。
[0003]目前，关于烟气中砷形态尚无定论，砷的形态种类较多(As、AsO、As2O3、As2O5等)，沿烟气流程随着温度的降低，砷的形态会发生转化。大部分实验结论认为，在锅炉出口烟气中砷的主要存在形式是As2O3，As2O3的热力学性质较稳定，不易解离，且与砷的众多化合物毒性相比，三价砷毒性最强，因此，As2O3的脱除是工业烟气砷排放控制最大挑战之一。
[0004]燃煤烟气砷污染控制主要可以分为燃烧前，燃烧中和燃烧后三个方面。燃烧前处理主要是指煤炭加工技术，其中主要包括洗煤技术。燃烧中脱砷主要是指利用固砷剂来抑制砷的排放，即在煤中加入固砷剂使砷固定在燃煤残渣中，之后随着残渣处理装置去除。燃烧后脱砷是砷控制技术的主要方式，主要包括吸附剂法和利用现有污染控制设备与技术脱砷。吸附剂法是当今较为成熟的一种烟气脱砷工艺，吸附剂由于有较发达的孔隙结构，可以为气相砷的冷凝提供较大的表面积。其具有吸附容量大和脱砷效率高的优势，在脱除烟气中含砷化合物方面具有广阔的应用前景。但是目前关于工业烟气低温100
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300℃下高性能气态砷吸附剂的开发目前处于初期阶段，开发较少。

技术实现思路

[0005]针对气态砷吸附材料低温除砷性能不理想的问题，本专利技术第一目的在于，提供一种气态砷吸附剂的制备方法，旨在制备得到一种优异吸附容量和稳定性的气态砷吸附材料。
[0006]本专利技术第二目的在于，提供所述的制备方法制得的气态砷吸附剂及其在脱除气态砷中的应用。
[0007]针对吸附材料对气态砷的低温吸附能力不理想的问题，本专利技术提供以下解决方案：
[0008]一种气态砷吸附剂的制备方法，预先将铁硫化物和金属M氧化物进行超声处理得超声处理料，再将超声处理料进行球磨处理，即得；
[0009]所述的金属M为Al、Ca、Cu、Mn中的至少一种。
[0010]本专利技术创新地将铁硫化物和金属M氧化物预先进行超声处理，随后再进行球磨处理，如此可以基于成分、先超声后球磨的联合工艺和顺序的联合，能够实现协同，可以获得
一种全新物化结构特点的新材料，更重要的是，创新地将该材料用于气态砷的吸附，其可以表现出优异的低温气态砷吸附容量和稳定性。
[0011]本专利技术中，硫化物和金属M氧化物的联合物料以及先超声后球磨的联合工艺的联合协同是改善制备的材料对气态砷吸附性能的关键。
[0012]所述的铁硫化物可采用商用产品，或者基于已知的方法制备，本专利技术中，所述的铁硫化物通过铁源和水溶性硫化物进行沉淀反应得到；
[0013]本专利技术中，铁源为Fe(III)的水溶性盐，优选为硝酸铁、醋酸铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种；
[0014]本专利技术中，所述的水溶性硫化物为能电离S2‑
的水溶性盐，优选为硫化钠、硫氢化钠、硫化钾、硫化铵中的至少一种；
[0015]本专利技术中，水溶性硫化物为将铁源中的Fe完全沉淀的理论摩尔量的1～1.5倍；
[0016]本专利技术中，沉淀反应的溶剂为水，水
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有机溶剂的混合溶剂；
[0017]本专利技术中，所述的有机溶剂为能和水混溶的溶剂。
[0018]本专利技术中，所述的铁硫化物优选为FeS。
[0019]本专利技术中，所述的金属M的氧化物可采用商用产品，也可基已知的方法制备。
[0020]本专利技术中，金属M氧化物为CaO、MnO2、γ
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Al2O3中的至少一种。
[0021]本专利技术中，铁硫化物和金属M氧化物中的Fe/M的摩尔比为1:1～4，考虑到效果和成本，可进一步优选为1:1.5～3。
[0022]本专利技术中，超声阶段的溶剂为水或者水
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有机溶剂的混合溶剂；
[0023]优选地，所述的有机溶剂为能和水混溶的溶剂。
[0024]本专利技术中，考虑到处理工艺的简便性，可直接在铁硫化物的沉淀反应液中添加所述的金属M氧化物，随后进行所述的超声处理。
[0025]优选地，溶剂中，水的含量不低于50v％。
[0026]本专利技术中，超声处理阶段的温度为20～70℃，考虑到处理简便性和成本，可进一步为室温如25～35℃；
[0027]优选地，超声处理阶段的功率为100W～300W；
[0028]优选地，超声处理的时间为2h～4h。
[0029]本专利技术中，球磨阶段的自转：200～600rpm/min，公转：100
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300rpm/min；
[0030]优选地，球磨阶段的球料质量比10：1～20：1；
[0031]优选地，球磨时间20～40min。
[0032]本专利技术还提供了一种所述的制备方法制得的气态砷吸附剂。
[0033]本专利技术中，所述的制备方法能够赋予产物特殊的物化特点，能够制备得到全新特点的材料，不仅如此，本专利技术研究还发现，创新地将所述方法制得的材料用于气态砷的脱附，能够意外地表现出优异的吸附容量和稳定性。
[0034]本专利技术还提供了一种所述的制备方法制得的气态砷吸附剂的应用，将其作为吸附材料，用于吸附降低含砷气体中的砷含量。
[0035]本专利技术中，所述的含砷气体为含有As2O3、AsH3中的至少一种的气体；
[0036]本专利技术中，吸附阶段的温度为100～300℃，可进一步降低至140～160℃；
[0037]本专利技术中，吸附方式没有特别要求，例如可以为固定床式。
[0038]有益效果
[0039]本专利技术创新地将铁硫化物和金属M氧化物预先进行超声处理，随后再进行球磨处理，如此可以基于成分、先超声后球磨的联合工艺和顺序的联合，能够实现协同，可以获得一种全新物化结构特点的新材料，更重要的是，创新地将该材料用于气态砷的吸附，其可以表现出优异的低温气态砷吸附容量和稳定性。
[0040]本专利技术方法，所述的吸附材料具有优异的吸附砷和固砷稳定性，其在150℃的低温脱砷效率高达70％以上。
[0041]综合以上优势，该吸附剂能够高效氧化并吸附固定烟气中的气相砷，使得烟气中的气相砷含量大幅度下降，该专利技术气态砷吸附剂制备工艺相对简单，对烟气中的气态砷捕集效率高，吸附容量大。本专利技术气态砷吸附剂的制备方法对推动我国工业烟气低廉、高效、环境友好型脱砷吸附材料的研发及其工程化应用具有重要的意义和潜在的工业应用前景。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气态砷吸附剂的制备方法，其特征在于，预先将铁硫化物和金属M氧化物进行超声处理得超声处理料，再将超声处理料进行球磨处理，即得；所述的金属M为Al、Ca、Cu、Mn中的至少一种。2.如权利要求1所述的气态砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的铁硫化物通过铁源和水溶性硫化物进行沉淀反应得到；优选地，铁源为Fe(III)的水溶性盐，优选为硝酸铁、醋酸铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种；优选地，所述的水溶性硫化物为能电离S2‑
的水溶性盐，优选为硫化钠、硫氢化钠、硫化钾、硫化铵中的至少一种；优选地，水溶性硫化物为将铁源中的Fe完全沉淀的理论摩尔量的1～1.5倍；优选地，沉淀反应的溶剂为水，水
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有机溶剂的混合溶剂；优选地，所述的有机溶剂为能和水混溶的溶剂。3.如权利要求1所述的气态砷吸附剂的制备方法，其特征在于，金属M氧化物为CaO、MnO2、γ
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Al2O3中的至少一种。4.如权利要求1所述的气态砷吸附剂的制备方法，其特征在于，铁硫化物和金属M氧化物中的Fe/M的摩尔比为1:1～4。5.如权利要求1所述的气态砷吸附剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵士林，王雨晨，刘奇，谢星宇，孙志强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：