[发明专利]秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化硫(SO₂)气体吸附净化技术领域，特别是涉及SO₂气体固态胺吸附剂及其制备方法及使用方法。

背景技术

中国是一个农业大国，秸秆的总产量位居榜首，据统计，秸秆的年产量达6.4亿吨之多，占全球产量的17.29％，且呈增长的趋势，从1980年起，年平均增长2.57％，其中稻草秸秆占总秸秆量的30％左右。目前，小部分的稻草秸秆用于供给牲畜饲料和还田，大部分的稻草秸秆被就地燃烧，浪费了大量的生物质资源。原因之一，能真正用于秸秆工业规模化利用的技术并不多。

随着经济发展以及气候变化，全球性大气污染问题日益严重，其中二氧化硫(SO₂)是大气中主要的气态污染物。SO₂给自然环境带来的最严重问题是酸雨。酸雨可造成江、河、湖泊等水体的酸化，将多种有毒的金属元素，特别是铝迁移到水环境中，进而导致浮游动物的种类和数量会减少，多样性降低，生物量下降，破坏水生态环境；酸雨可造成土壤酸化，肥力下降，危害生长其上的农、林、牧各业生物的数量和质量；酸雨还会与金属、石料、混凝土等材料发生化学反应或电化学反应，从而加快楼房、桥梁、历史文物、珍贵艺术品、雕像的腐蚀。SO₂的大量排放对人类健康同样造成了极大的危害，大量的流行病学研究表明，SO₂不仅可以引起呼吸系统疾病，而且对心血管系统，甚至生殖系统都会产生影响。

在中国，火电厂燃煤是SO₂污染的主要原因。为了进一步控制SO₂排放，国家制定了日益严格的排放标准。2011年初，环境保护部发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)；2015年12月，环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布了关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知，为满足排放的要求，燃煤电厂更新或者增建烟气脱硫、实施超低排放和节能改造设施迫在眉睫。

控制SO₂污染的途径可分为三种，即燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和烟气脱硫，其中烟气脱硫被认为是最行之有效的途径。有机胺脱硫属于湿法烟气脱硫，其工艺是利用有机溶剂的碱性吸收烟气中的酸性气体二氧化硫，并利用解吸装置使二氧化硫从胺液中脱离出来，得到高纯度的饱和二氧化硫和再生胺液循环使用。与传统的脱硫方法相比，具有脱硫效率高、再生温度低、可循环利用、不产生二次污染、可回收利用SO₂等优点，符合绿色化学的要求，有着非常广阔的前景。但是该方法和湿法烟气脱硫技术一样，存在设备腐蚀、耗水量大、运行费用高等缺点，制约了有机胺脱硫的大规模应用。为克服上述不足，研究者不断寻找新的解决方案。

发明内容

针对目前稻草秸秆用途和固态胺在二氧化硫的吸附领域应用的局限，本发明的第一个目的是提供一种秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂；本发明的第二个目的是提供一种制备秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂的方法；本发明的第三个目的是提供一种使用秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂的方法，以开辟秸秆使用的新途径，丰富SO₂吸附剂的类型。

针对本发明的第一个目的，本发明所提供的秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂，是一种以经洗涤、烘干、粉碎的秸秆为基料，在基料上浸渍有经甲酸和甲醛改性富含叔胺的聚乙烯胺的二氧化硫吸附剂。

在上述秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂的技术方案中，所述聚乙烯胺选自但不限于乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种。

在上述秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂的技术方案中，所述秸秆可为稻草秸秆、谷草秸秆或玉米秸秆等秸秆，秸秆粉碎粒度一般控制在20～60目范围。优先选用稻草秸秆。

针对本发明的第二个目的，本发明所提供的制备秸秆基固态胺二氧化硫吸附剂的方法，主要包括以下步骤：

(1)聚乙烯胺、甲酸和甲醛于设计有冷却装置的容器中在保护气氛下进行克拉克甲基化反应，聚乙烯胺、甲酸和甲醛的用量摩尔比为1：(8～12)：(5～9)，反应温度为100℃～120℃，充分反应后于80℃～100℃下加热去除残留的挥发杂质，得到富含叔胺的改性聚乙烯胺；

(2)将秸秆洗涤、烘干、粉碎；

(3)将步骤(1)得到的改性聚乙烯胺加入到溶剂中，充分混合得到用于浸渍的混合溶液，混合溶液中胺的质量浓度为5～15％；