[发明专利]一种用于高效脱汞的载硫多孔纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学领域类，具体是一种用于高效脱汞的载硫多孔纳米材料的制备方法。 

背景技术

汞和含汞原料广泛应用于众多工业过程和领域。汞具有相对较高的蒸气压(15mg/m³，20℃)，故极易以各种途径进入或存在于各种气体中，诸如空气、氢气、氯气、二氧化碳、天然气、石油气、人工合成气、燃料废气及工业尾气等等。汞不仅具有很强的生物毒性和环境危害性，而且可以使许多工业催化过程中毒。为从各种气体中除汞，传统的湿法和干法技术及相应的除汞剂主要有如下几种： 

1、让含汞气体通过硫酸钾溶液，汞被吸收形成HgSO₄，再向溶液中加入K₂S，K₂S与HgSO₄反应生成难溶的HgS，此方法脱汞效率低，而且不适用于能与水起反应的气体的脱汞。 

2、让含汞气体通过吸附剂如活性炭，使汞被吸收，此方法脱汞活性和脱汞容量均较低。 

3、采用硫酸、硝酸或过硫酸盐氧化法、NH₂NH₂·2HCl溶液浸渍法或高温气相反应等，对活性炭进行表面改性，即在表面渗入硫、碘、氯等元素或 调控表面官能团，提高活性炭对汞的吸附特异性和吸附能力，但该法工艺复杂、成本高、效率低。 

4、以活性炭为载体，附载硫、硫酸、碘化钾等汞的化学吸附剂，其中以载硫对汞的吸附效果最佳，故使用最为广泛。硫容易与汞发生化学反应，生成HgS，同时由于活性炭的多孔性，不仅可以有效吸附含汞气体，而且大大增加了硫与汞的接触面积，因而可以高效脱汞。载硫量和硫在活性炭表面的分散性及颗粒大小直接决定了载硫活性炭的脱汞效率和脱汞容量，载硫量和分散性越高，硫颗粒越小，脱汞效率和脱汞容量越高，而载硫量和硫在活性炭表面的分散性及颗粒大小取决于载硫活性炭的制备方法。现有的载硫活性炭的制备方法主要包括： 

A、将硫元素溶解于二硫化碳或三氯甲烷后浸渍活性炭，二硫化碳、三氯甲烷蒸发后，得到载硫活性炭。但是该方法需要将蒸发出的溶剂冷凝回收并继续使用，工艺复杂，成本高。 

B、利用高硫焦炭、石油焦或粉碳直接制备载硫活性炭。加拿大Alberta大学化工系曾采用水蒸汽活化法，利用石油硫化焦于900℃下活化9小时，得到比表面积为320m²/g的活性炭，产率约为35％(R.DiPanfilo，N.O.Egiebor，Activated carbon production from synthetic crude coke，Fuel Processing Technology 46(1996)157-169)。韩国能源研究院曾采用热分解法，利用石油硫化焦于1100℃下进行热分解反应制备比表面积很小的载硫活性炭用于烟气脱汞，发现脱汞效率较处理前提高10倍，优于市售普通活性炭(S.H.Lee，Y.J.Rhim，S.P.Cho，J.I.Baek，Carbon-based novel sorbent for removinggas-phase mercury，Fuel 85(2006)219-226)。加拿大多伦多大学化工系采用 SO₂为活化剂，对石油硫化焦于600-900℃下活化12小时，得到比表面积350m²/g，含硫量约为25％的载硫活性炭，产率约为45％(Y.Chen，Preparation，Characterization and Application of Novel Adsorption from Petroleum Coke Activated by Sulfur Dioxide，Master thesis(2002)，University of Toronto，Canada)。中国专利CN101428795A公布了一种基于焦炭改性的载硫活性炭制备，其方案是采用SO₂、N₂和O₂的混合气体活化由焦炭制成的炭预备料，混合气体中SO₂和O₂的体积分率分别为5～80％和＜5％。所负载的硫多以S₂、S₈等脱硫活性较高的直链形态存在并能有效进入活性炭的微孔结构内部。制得的载硫活性炭比表面积150～550m²/g，含硫量为5～35％。上述方法最大不足之处是，反应时间过长，生产的载硫活性炭比表面积都很小，其脱汞容量和脱汞反应活性有限。且活性炭产率低，能耗很大。