[发明专利]半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂及其溶剂热制备方法

说明书

技术领域

本发明属于大气污染治理技术领域，具体涉及一种半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂及其溶剂热制备方法。

背景技术

铁矿粉烧结过程是在燃料燃烧产生的高温作用下，通过液相粘结、冷凝再结晶固结成矿的复杂的物理化学过程。烧结烟气主要成分为N₂、O₂、CO₂、CO、SO₂、NO_x，并含有二噁英、重金属等。其中，SO₂作为烟气中主要污染物，其排放量已经超过环境承载能力，对自然环境及人类健康造成了严重威胁。

目前我国常用的烧结烟气脱硫技术按吸收剂以及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态可以分为干法、半干法和湿法三类脱硫技术。干法脱硫工艺有活性炭法、喷雾干燥法等脱硫技术；半干法脱硫工艺有炉内喷钙脱硫尾部增湿活化法(FILAC)、循环流化床法等脱硫技术；湿法脱硫工艺有石灰石-石膏法、氨-硫酸铵法、双碱法等。其中，活性炭吸附法是一种常见的烟气脱硫脱硝协同处理技术，活性炭基材料吸附剂可归结为四类：活性炭、活性焦、活性炭纤维和活性半焦。因其特有的吸附催化特性，己成为干法烟气脱硫使用的吸附剂。由于此工艺在脱SO₂的同时，对烟气中的其他污染物(NO_x、烟尘粒子、汞、二噁英、吠喃、重金属和其他挥发分的物质)也有一定的脱除效果，并且可以回收硫资源，因此，此工艺具有较高的竞争力和较大的发展空间，是一种具有发展前景的脱硫工艺。这其中半焦因其价格低廉且性质与活性炭相近而成为最有前途的替代材料。

活性半焦是一种综合强度(耐压、耐磨损、耐冲击)比活性炭高、比表面积比活性炭小的吸附材料。与活性炭相比，活性半焦具有更好的脱硫、脱硝性能，且使用过程中，加热再生相当于对活性半焦进行再次活化，使其脱硫、脱硝性能还会有所增加。ZnO烟气脱硫技术是利用ZnO作为吸收剂，与烟气中的SO₂反应生成亚硫酸锌，从而实现硫的固定；随后通过氧化、酸分解、热分解等处理方式，将亚硫酸锌转化为硫酸锌。但是由于较差的表面吸附性能和较小的比表面积，单一ZnO材料极大降低了它的脱硫性能。研究表明，反应体系中的粉末状的ZnO催化剂，分离和回收十分困难。因此利用一定的固体物做载体，将催化剂固定化，并提高其催化效果是ZnO利用厄待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂，解决了现有技术中单一的ZnO材料脱硫时，因其较差的表面吸附性能和较小的比表面积，从而极大降低了它的脱硫性能的问题。

本发明的第一个目的是提供一种半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂，包括质量百分比为96％的半焦以及负载在所述半焦上的质量百分比为4％的ZnO。

本发明的第二个目的是提供一种半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂的溶剂热制备方法，包括以下步骤：

步骤1，半焦的预处理：将半焦破碎后收集10-20目之间的颗粒，得到半焦颗粒；

步骤2，半焦的改性：将HNO₃溶液与步骤1中得到的半焦颗粒按照8-10：1的质量比加入到反应容器中，然后在60℃下加热1-2h，加热完毕后得到活化半焦，活化半焦用水反复冲洗至pH为7后干燥，干燥完毕后得到活性半焦；

步骤3，溶剂热法制备半焦负载ZnO前驱物：将六次甲基四胺、水合醋酸锌与乙二醇溶液按照1g：1.0-1.5g：105-110mL的比例加入反应容器中，搅拌使其溶解，然后往反应容器中加入相当于六次甲基四胺质量3.5倍的聚乙二醇，于50℃下强力搅拌1h后，得到混合反应液，将混合反应液转移到反应釜中，再往反应釜中加入相当于六次甲基四胺质量11倍的步骤2中得到的活性半焦，密封反应釜，并将其在120-180℃下反应12h，反应完毕后将反应釜自然冷却至室温，即得到半焦负载ZnO前驱物；

步骤4，半焦负载ZnO前驱物的后处理：将步骤3中得到的半焦负载ZnO前驱物先用乙醇洗，再用水洗，水洗完毕后干燥，即得到所述半焦负载ZnO的烧结烟气脱硫剂。

优选的，所述步骤2中HNO₃溶液的质量浓度为55％。

优选的，所述步骤4中半焦负载ZnO前驱物先用乙醇洗3次，再用水洗3次。

优选的，所述步骤4中干燥条件为：60℃下干燥3h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明充分利用半焦较高的比表面积和丰富的孔隙结构，通过将ZnO负载在众多的活性位点，将二者的优点结合起来，进而提高低温脱硫性能。