用于除去流体流中污染物的介质、及其制备和使用方法技术

本发明专利技术提供了用于除去流体流中的污染物的吸着介质。该吸着介质包含与负载体基底或基质化学键合或连接的活性化合物。负载体基底可以包含基于铁和基于氧化铝的材料。此外，本发明专利技术还描述了制备用于除去流体流中的污染物的吸着介质的方法。该方法包含选择负载体基底，以及可任选地提供包含活性化合物的掺杂混合物。所述的所选的负载体基底可以与掺杂混合物接触，从而形成掺杂混合物。该掺杂混合物可以在预定的温度和气氛环境下反应预定的持续时间，从而形成活性介质，其中所述的活性化合物与所述的负载体基底键合或连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及用于减少废气流中污染物的水平的化学吸附剂的用途。
技术介绍
诸如重金属、D区金属、汞和砷之类的工业杂质向公众提出了与健康重要相关的风险。例如，多种金属离子和过渡金属离子与哮喘症状(例如巨细胞的活化以及增强的过敏原介导的巨细胞活化)有关。Walczak-Crzewiecka, et al. EnvironmentalIyRelevant Metal and Transition Metal Ions Enhance Fe RI-Mediated Mast CellActivation, Env. Health Perspectives 111(5) (May 2003)。由于这些物质作为工业过程的副产物产生，所以重要的是找到有效的手段以减少它们向环境中的释放。例如，由燃煤应用、商用锅炉和固体废物焚化炉排放的汞代表了严重的环境问题，并已经集中了许多调节研究。目前，燃煤发电厂排放了达32. 7%的最大的汞排放的来源。城市废物焚化炉和非应用的锅炉均占据了大约18%的汞排放。医疗废物焚化炉占据了 10%的气相汞排放。除了气相汞污染物以外，汞污染物还存在于水相中，例如由石油精炼厂和钢铁厂释放的废水。例如，水相污染物可以包括元素、离子、有机金属和/或无机汞物质。暴露于汞与人类的神经病学和损伤进展有关。发育中的胎儿和幼童特别处于暴露于汞的有害作用的风险中。此外，汞污染物也被暴露于牙科实践或牙科废物、临床化学试验室、病理学试验室、研究试验室、氯-碱设备以及健康护理废物的焚化炉的人群所关注。但是，尽管需要减少汞的排放，但是目前不具有商业可以利用的技术来控制汞的排放。相似的是，暴露于砷会提出潜在的重要的健康风险。砷为天然元素，其在全球土壤以及许多种类的岩石中分布。由于砷普遍存在，所以可以在包含用于工业过程的金属的矿产和矿石中找到砷。当这些金属被开采或者在熔炉中加热时，砷作为细粉尘被释放到环境中。此外，由于煤炭和废产物包含一些砷，所以砷还可以由燃煤发电厂和焚化炉进入到环境中。一旦砷进入环境，其便不可能被销毁。暴露于砷会导致胃肠问题，例如胃痛、恶心、呕吐和腹泻。此外，暴露于砷还可以产生红血细胞和白血细胞生成的减少、可以导致皮肤癌的皮肤改变以及肺炎。无机砷于多种类型的癌症有关，并且被归类为A组，人类致癌物。在大量(在食物或水中高于大约60，OOOppb)的情况下，砷可以是致命的。相似的不利作用与其他无机污染物有关，例如镉、铬、铅和硒。多种基于碳的吸附剂已经被鉴定用于除去气体流中的萊蒸气。T. R. Carey andCF. Richardson, Assessing Sorbent Injection Mercury Control Effectivenessin Flue Gas Streams, Environmental Progress 19(3) : 167-174(Fall 2000)。例如，Selexsorb HG (Alcoa World Alumina, LLC, Pittsburgh, PA)和 Mersorb (NuconInternational, Inc. , Columbus, OH)为市售可得的基于碳的萊吸附剂。此外，回收利用的轮胎已经被鉴定为可以用于除去萊的活性炭来源。C. Lehmann et al, Recycling WasteTires for Air-Quality Control, Jan. 2000。但是,对于大规模的工业过程的用途而言，活性炭具有许多缺点。具体而言，市售可得的活性炭为相对昂贵的吸附剂。尽管将废轮胎转化为活性炭是回收利用有害废物的环境友好的手段，但是其为复杂的、漫长的、耗能的且耗时的过程。此外，由废轮胎得到的活性炭的产率是相对低的。目前，基于碳的吸附剂主要通过碳的吸着作用可以用于除去水中的污染物。但是， 这种方法因为多个缺点而很糟糕，例如洗掉了活性材料，由此使得基于碳的吸附剂的用途无效。此外，所用的活性炭材料必须作为有害材料被丢弃，因此增加了成本并导致了其他的环境问题。其他目前使用的方法包括使用催化剂来除去烃气体中的汞。相似地，这种方法由于洗掉了活性催化剂而在水流中是无效的。因此，需要新的技术来高效且成本有效地减少(例如)工业排放、特别是水流中的无机污染物的水平，例如汞和砷。专利技术概述本专利技术描述了用于除去或减少流体流中的污染物的吸着介质，该介质包含与负载体基底或基质连接或键合的活性化合物。此外，本专利技术还描述了用于制备吸着介质的方法。在本专利技术的一个方面中，吸着介质包含负载体基底，以及与负载体基底化学键合的硫物质。所述的负载体基底包含多孔金属材料。所述的介质包括至少IOmol%的铝物质。可任选的是，所述的硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键入口 ο在本专利技术的另一个方面中，所述的吸着介质具有至少IOOOmg萊/kg介质、至少2000mg萊/kg介质、至少3000mg萊/kg介质、以及至少10，OOOmg萊/kg介质中的至少一者的污染物容量。在本专利技术的另一个方面中，吸着介质包含负载体基底以及与该负载体基底化学键合的硫物质。所述的负载体基底包含多孔金属材料。所述的介质包含至少9mol %的离子物质。可任选的是，所述的硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。在本专利技术的另一个方面中，所述的吸着介质具有至少400mg萊/kg介质、至少IOOOmg萊/kg介质、至少3500mg萊/kg介质、以及至少12，OOOmg萊/kg介质中的至少一者的污染物容量。在本专利技术的另一个方面中，制造吸着介质的方法包括选择包含多孔金属材料的负载体基底，提供包含溶解于溶剂中的第一硫物质的掺杂混合物，以及将所选的负载体基底与所述的掺杂混合物在第一温度下接触第一持续时间，从而形成经掺杂的基底。此外，所述的方法还包括在第二温度下使所述的经掺杂的基底在所选的气氛环境下反应第二持续时间，从而形成吸着介质。该吸着介质包含与所述的负载体基底化学键合的第二硫物质。可任选的是，所述的第二硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。在本专利技术的一个方面中，制造吸着介质的方法包括选择包含多孔金属材料的负载体基底，选择至少包含硫化氢的气氛环境，以及使所述的负载体基底在所选的气氛环境下在第一温度下反应第一持续时间，从而形成吸着介质。所选的吸着介质包含与所述的负载体基底化学键合的硫物质。可任选的是，所述的第二硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。此外，在本专利技术的另一个方面中，所述的方法还包括将元素硫与所述的第二所选的基底混合，然后使所述的负载体基底在所选的气氛环境下反应。在本专利技术的另一个方面中，减少流体中金属物质污染物的水平的方法包括使包含金属物质污染物的流体与吸着介质接触。该吸着介质包含与负载体基底化学键合的硫物质。可任选的是，所述的硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。在本专利技术的另一个方面中，所述的金属物质污染物包含至少一种离子汞物质。此夕卜，所述的方法还包含根据包含硫化物物质的所选吸着介质的硫物质来由多种吸着介质中选择用于接触所述的流体的吸着介质。在本专利技术的另一个方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.06 US 61/223,149;2010.03.05 US 61/310,7731.一种吸着介质，其包含 负载体基底，该负载体基底包含多孔金属材料；以及 与所述的负载体基底化学键合的硫物质， 其中所述的介质包含至少IOmol%的铝物质。2.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。3.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的负载体基底包含氧化铝。4.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的吸着介质进一步包含铁物质。5.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的吸着介质基本上不含铁物质。6.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的硫物质包含至少50mol%的硫酸盐。7.权利要求6所述的吸着介质,其中所述的硫物质包含至少90mol%的硫酸盐。8.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的硫物质包含至少80mol%的硫化物。9.权利要求I所述的吸着介质,其中所述的吸着介质的硫含量为至少I.4mol%。10.权利要求I所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少IOOOmg汞Ag介质。11.权利要求10所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少2000mg汞Ag介质。12.权利要求11所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少3000mg汞Ag介质。13.权利要求12所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少10，OOOmg萊Ag介质。14.权利要求I所述的吸着介质，其中当所述的介质与流体接触时，相对于在不具键的情况下被除去的硫物质的量而言，所述的硫物质与所述的负载体基底之间的键减少了由所述的负载体基底中除去的硫物质的量。15.—种吸着介质,其包含 负载体基底，该负载体基底包含多孔金属材料；以及 与所述的负载体基底化学键合的硫物质， 其中所述的介质包含至少9mol%的铁物质。16.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。17.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的负载体基底包含氧化铁。18.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的负载体基底包含用于除去气体流中的硫化合物的含铁催化剂。19.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的介质进一步包含铝物质。20.权利要求15所述的吸着介质,其中所述的硫物质包含至少70mol%的硫化物。21.权利要求20所述的吸着介质，其中所述的硫物质包含至少80mol%的硫化物。22.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的硫物质包含至少60mol%的硫酸盐。23.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的硫含量为至少7.3mol%。24.权利要求15所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少400mg汞Ag介质。25.权利要求24所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少IOOOmg汞Ag介质。26.权利要求25所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少3500mg汞Ag介质。27.权利要求26所述的吸着介质，其中所述的吸着介质的污染物容量为至少12，OOOmg 萊Ag介质。28.权利要求15所述的吸着介质，其中当所述的介质与流体接触时，相对于在不具键 的情况下被除去的硫物质的量而言，所述的硫物质与所述的负载体基底之间的键减少了由所述的负载体基底中除去的硫物质的量。29.一种用于制造吸着介质的方法，包括 选择包含多孔金属材料的负载体基底； 提供掺杂混合物，该混合物包含溶解于溶剂中的第一硫物质； 在第一温度下，使所述的所选的负载体基底与所述的掺杂混合物接触第一持续时间，从而形成经掺杂的基底；以及 在第二温度下，使所述的经掺杂的基底在所述的所选的气氛环境下反应第二持续时间，从而形成所述的吸着介质， 其中所述的吸着介质包含与所述的负载体基底化学键合的第二硫物质。30.权利要求29所述的吸着介质，其中所述的第二硫物质通过离子键和共价键中的至少一者与所述的负载体基底化学键合。31.权利要求29所述的方法，其中选择所述的负载体基底包括由基于铁、基于氧化铝、基于娃、基于钦、基于碳以及它们的混合物的基底中选择负载体基底。32.权利要求31所述的方法，其中选择所述的负载体基底包括选择含有铁的材料。33.权利要求31所述的方法，其中选择所述的负载体基底包括选择含有氧化铝的材料。34.权利要求29所述的方法，其中所述的掺杂混合物包含硫酸铁、硫酸铝、硫酸铜和氯化铜中的至少一者。35.权利要求29所述的方法，其中所述的第一温度为大约20°C至大约60°C。36.权利要求29所述的方法，其中所述的第一持续时间为大约20分钟至大约45分钟。37.权利要求29所述的方法，其中所述的第二温度为大约150°C至大约...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·E·库赫尔，H·A·亚当斯，G·萨科，
申请(专利权)人：马尔系统公司，
类型：发明
国别省市：