[发明专利]一种用于吸附燃煤烟气中单质汞的载银褐煤半焦及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于吸附燃煤烟气中单质汞的载银褐煤半焦，以及该载银褐煤半焦的制备方法，属于燃煤烟气中重金属汞的减排控制领域。

背景技术

汞是一种严重危害环境和人类健康的重金属，目前全球每年人为向大气中排放汞的总量为4000吨左右，而燃煤烟气中气态汞的排放量可占到总排放量的33％。燃煤烟气中汞的浓度一般为1～20μg/m³，主要以三种形态存在，分别为元素态Hg⁰、氧化态Hg²⁺(主要为HgCl₂)以及颗粒态汞Hg_p。氧化态Hg²⁺可溶于水，大部分可以在烟气湿法脱硫或脱硝过程中被去除，颗粒态汞Hg_p则可以在电除尘或布袋除尘装置中随飞灰一起被去除，元素态Hg⁰在燃煤烟气中的含量为20％～50％，其以气相形式存在，热力学性质稳定，在低温时不易被氧化，且不溶于水，利用普通的物理化学方法难以脱除。目前，固体吸附材料吸附法是有效控制燃煤烟气中汞污染物尤其是元素态Hg⁰污染物的主要方法。

现有的汞污染物吸附材料主要包括活性炭类吸附剂、层状矿物类吸附剂、钙系列吸附剂以及飞灰等。活性炭类吸附剂经化学处理后对烟气中气态Hg⁰具有较好的吸附活性，目前的研究主要集中在利用硫、氯、溴、碘以及金属氧化物对活性炭进行化学改性，以增强其对气态Hg⁰的氧化和吸附性能，但是活性炭价格相对较高，不能再生利用，且喷入烟气中会影响飞灰的品质。矿物类吸附剂、飞灰、钙系吸附剂来源广泛、价格低廉，但是对气态Hg⁰的吸附效率偏低，饱和吸附量较小，且不能再生循环利用，工业上无法达到理想的脱汞效果。

银可以与汞蒸气发生化学反应生成汞齐合金，而银的反应活性与银微粒的大小、形态等有很大关系。目前有许多研究将纳米级的银微粒负载于吸附剂母体表面或内部，制备出了许多载银吸附剂，如载银活性炭、载银沸石、载银碳纳米管、载银炭纤维、载银二氧化钛等，但是这些吸附剂由于价格昂贵，目前还不能大规模应用于燃煤烟气脱汞工业过程中。

褐煤半焦是褐煤在低温下(600～700℃)的热解产物，是一种廉价的吸附材料。其具有丰富的孔隙结构和独特的表面性质，易于进行表面改性；具有较强的负载能力，可以负载各种金属及金属氧化物；具有较强的机械强度，作为吸附剂可以反复再生利用。目前，半焦的活化方法主要有高温活化、酸碱活化、高压活化、金属氧化物活化等，活化后的半焦被广泛应用于水处理、烟气脱硫脱硝、油品脱硫等领域。然而目前尚未有利用负载银微粒的褐煤半焦作为燃煤烟气中汞污染物吸附剂的报道。

发明内容

本发明的任务之一在于提供一种用于吸附燃煤烟气中单质汞的载银褐煤半焦，该载银褐煤半焦的比表面积达到280m²/g以上，载银量为0.01％～0.3％，银微粒负载在褐煤半焦的表面及孔道中，银微粒的直径小于5nm。

本发明的任务之二在于提供上述载银褐煤半焦的制备方法，包括以下步骤：

a选取褐煤为原料，将其置于浓度为1％～10％的H₂O₂溶液中，按1g褐煤需置于5ml～10ml上述浓度H₂O₂溶液中的比例添加，浸泡8～24小时，然后过滤滤出浸泡后的褐煤，再经干燥得褐煤1；

b将步骤a得到的褐煤1置于浓度为0.1g/L～0.5g/L的AgNO₃溶液中，按1g褐煤1需置于10ml～20ml上述浓度AgNO₃溶液中的比例添加，然后在超声波震荡条件下反应10～30分钟，反应完成后过滤得滤渣，再将滤渣进行干燥得褐煤2；

c将步骤b得到的褐煤2放入温度为400℃～600℃的马弗炉中，在N₂保护气氛下热解0.5～2小时，得到褐煤半焦；

d将步骤c得到的褐煤半焦置于固定床反应管中，在600℃～800℃的温度下通入水蒸气反应1～4小时，水蒸气通入量为褐煤半焦质量的0.5％～3％，得到用于吸附燃煤烟气中单质汞的载银褐煤半焦。

步骤a中，所述原料褐煤的粒度为2mm～4mm，干燥温度为120℃，干燥时间为8小时。

步骤b中，干燥温度为120℃，干燥时间为8小时。

上述载银褐煤半焦对燃煤烟气中单质汞进行吸附时，吸附温度为110℃～160℃。