化學改性殼聚糖吸附脫汞劑及其製備工藝的製作方法

2023-06-01 14:21:46

專利名稱：化學改性殼聚糖吸附脫汞劑及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脫除燃煤電站煙氣中Hg°的吸附劑及其製備工藝。
背景技術：
電力工業汙染物的排放已使環境日趨惡化。煤炭大量燃燒所釋放的重金屬、CO2和酸雨等問題正嚴重危害著人類的健康生活。重金屬汞(Hg°、Hg2+和Hgp)的汙染尤為嚴重；據 報導，全世界每年向大氣中排放的總汞量為4400 7500噸，其中很大一部分是由煤燃燒所 排放的。存在於環境或生產中的汞及其化合物可經呼吸而由肺、經溶解而由皮膚、經飲食而 由消化道等途徑進入人體，還可由母體胎盤進入胎兒體內。汞中毒引起腎功能衰竭，並損害 神經系統，是人體運動失調，聽覺損害，語言障礙等，對其研究已成為環境問題的前沿問題。目前研究的脫Hg°吸附劑主要為活性炭、飛灰和其他礦石類(沸石、蛭石和膨潤 土)物質，但脫除效率不高；而這些吸附劑經ZnCl2、CuCl2, KBr, KI和滲S等改性後能夠大 幅度提高其對汞的吸附量，但經濟成本偏高。開發成本廉價且能有效脫除單質汞的吸附劑 是目前研究的熱點和難題。殼聚糖(Chitosan，CTS)是一種儲量極為豐富的天然鹼性高分子多糖，多為蝦、蟹 甲殼提取物，是由甲殼素部分脫乙醯化衍生物。它無毒、無味、耐熱、耐鹼、耐腐蝕，兼容性 寬，具有優良的生物親和性，它由生物合成也可以被生物降解，是一種高科技綠色新材料， 其分子中含有大量的-NH2和-OH官能團，是重金屬離子的良好吸附劑，被廣泛的應用環保 領域，尤其是水處理領域；另外殼聚糖還可以吸附硫酸、鹽酸、I2AI溶液中的碘和Br2/KBr 溶液中溴離子。本發明中研製的碘(溴)和硫酸改性的殼聚糖吸附劑，脫Hg°能力強，價格 低廉，是一種新型的環保型吸附劑。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑，脫汞效率高，成本低 廉，產物不產生二次汙染，達到工業化應用要求。一種用於脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑，包括殼聚糖、硫酸、以及碘化鉀或溴化鉀， 其中殼聚糖、硫酸與碘化鉀或溴化鉀的質量比為(1 15) 1 (0.5 5)。—種用於脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑的製備工藝，包括如下步驟首先，稱取4-15重量份的殼聚糖，加入0. 42-4重量份的濃硫酸和適量的去離子 水，攪拌1 3h後，再加入1重量份的碘化鉀或溴化鉀，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後 抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，即製得所述的吸附劑。本發明所述的濃硫酸濃度為98%。本發明在加入上述去離子水的同時還加入適量的無水乙醇。本發明以改性膨潤土和高分子化合物殼聚糖及其複合物為吸附劑，在模擬煙氣 (N2+Hg°)氛圍下研究對Hg°的吸附能力。實驗結果顯示，本發明吸附劑是一種高效、經濟的 脫汞吸附劑，具體體現在
1.原料易購買，吸附劑易製備，成本低，性價比高；2.吸附劑比表面面積小，但是其脫汞效率較高，說明進行的是一種化學反應；3.脫汞吸附劑穩定性好；4.脫汞吸附劑脫汞效率高，其中實施例中CTS-I-S-412型吸附劑最大脫汞效率可達到100% ；5.脫汞吸附劑為幹態粉末，不使用水溶液，無二次汙染。

發明內容


圖1為N2氛圍汞吸附實驗臺架示意圖；圖2為不同含量硫酸的溴改性CTS吸附劑的Hg°脫汞效率；圖3為不同含量硫酸的碘改性CTS吸附劑的Hg°脫汞效率。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。實施例1CTS-Br-S系列吸附劑製備稱取4g殼聚糖，放入IOOmL的燒杯中，再加入30mL 去離子水(適量的無水乙醇)和0.42g濃硫酸(濃度為98%)，攪拌1 3h後，加入 lgKBr，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備 用，記為CTS-Br-S-410。用2g硫酸代替CTS-Br-S-410製備中硫酸的用量，製備出吸附劑 CTS-Br-S-412(其中S表示吸附劑製備過程中有硫酸添加，410和412分別表示殼聚糖、改 性劑和硫酸按以上製備方法的質量比)。CTS-I-S系列吸附劑製備稱取4g殼聚糖，放入IOOmL的燒杯中，再加入30mL 去離子水(適量的無水乙醇)和0. 59g濃硫酸(濃度為98%)，攪拌1 3h後，加入 lgKI，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備 用，記為CTS-I-S-410。用2g硫酸代替CTS-Br-S-410製備中硫酸的用量，製備出吸附劑 CTS-I-S-412。實施例2CTS-Br-S-813吸附劑稱取8g殼聚糖，放入IOOmL的燒杯中，再加入30mL去離子 水(適量的無水乙醇)和3g硫酸(濃度為98 % )，攪拌1 3h後，加入IgKBr，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備用，記為CTS-Br-S-813。CTS-I-S-813附劑稱取8g殼聚糖，放入IOOmL的燒杯中，再加入30mL去離子水 (適量的無水乙醇)和3g硫酸(濃度為98% )，攪拌1 3h後，加入lgKI，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備用，記為CTS-I-S-813。實施例3CTS-Br-S-1514吸附劑稱取15g殼聚糖，放入600mL的燒杯中，再加入IOOmL去離 子水(適量的無水乙醇)和4g濃硫酸(濃度為98%)，攪拌1 3h後，加入lgKBr，不斷攪 拌4h，靜置IOh後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備用，記為CTS-Br-S-1513。CTS-I-S-1514吸附劑稱取15g殼聚糖，放入600mL的燒杯中，再加入IOOmL去離 子水(適量的無水乙醇)和4g濃硫酸(濃度為98%)，攪拌1 3h後，加入lgKI，不斷攪拌4h，靜置IOh後抽濾，烘箱中80 100°C烘乾，置於乾燥皿中備用，記為CTS-I-S-1513。為了解本發明吸附劑的性能，特在氮氣(N2)氛圍下研究其對Hg°的吸附能力。汞吸 附實驗臺架如圖1所示，它由氣源1 (如N2)、流量計2、水蒸氣發生器3、U形管4、汞發生器 5、數據自動採集儀6、立式管式爐7、汞濃度測試儀8組成。其中吸附床為立式固定床，其內 徑為7mm，為避免吸附劑流化，採用煙氣向下流動式。溫控爐為吸附床提供恆定的床溫。實 驗中吸附劑用量為30mg ；進入汞在線的氣體總流量為lOOOmL/min，其中通過汞滲透管的氣 流為200mL/min，氮氣為平衡氣；汞蒸氣由高純氮氣通過恆溫水浴鍋加熱汞滲透管提供，圖 中虛線為裹有加熱帶的保溫管路；實驗中汞濃度為30μ g/m3。汞濃度檢測採用德國Mercury Instruments公司的VM3000汞在線分析儀，它基於冷原子吸收測量採樣氣體中的單質汞， 可實時方便的了解吸附劑對汞(Hg°)的脫除效果。對實施例1中兩種化學改性殼聚糖吸附劑吸附實驗表明，殼聚糖經溴、碘和硫酸 改性後相對於殼聚糖原樣來說可以提高吸附劑的脫汞效率(如圖2和3所示)。殼聚糖吸 附除汞的反應是化學反應佔主導，可以高效的脫除單質汞，且CTS-I-S-412可以長時間具 有100%的脫汞效率。採用本系列吸附除汞劑，能夠達到工業應用的要求。利用圖1的臺架對實施2和3的吸附劑進行脫汞實驗，結果表明該吸附劑脫除 Hg0的反應是化學反應佔主導，可以高效的脫除單質汞；在相同的製備條件下，適量硫酸的 加入，可以極大的提高殼聚糖吸附劑脫汞效率。殼聚糖類型吸附劑的製備中，硫酸含量增 力口，可以大幅地提高其脫汞效率，但硫酸的加入量並不是越多越好。因含有硫酸根、碘(溴) 和氨基等官能團，水蒸氣的加入可以提高吸附劑表面的酸性氛圍，更有利於Hg°的脫除。
權利要求
一種用於脫除燃煤煙氣中Hg0的吸附劑，包括殼聚糖、硫酸、以及碘化鉀或溴化鉀，其中所述殼聚糖、硫酸與碘化鉀或溴化鉀的質量比為(1～15)∶1∶(0.5～5)。
2.一種用於脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑的製備工藝，包括如下步驟首先，稱取4-15重量份的殼聚糖，加入0. 42-4重量份的濃硫酸和適量的去離子水，攪 拌1 3h後，再加入1重量份的碘化鉀或溴化鉀，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h後抽濾， 烘箱中80 100°C烘乾，即製得所述的吸附劑。
3.根據權利要求2所述的製備工藝，其特徵在於，所述的濃硫酸濃度為98%。
4.根據權利要求2和3所述的製備工藝，其特徵在於，在加入上述去離子水的同時還加 入適量的無水乙醇。
全文摘要
本發明公開了一種用於脫除燃煤煙氣中元素汞(Hg0)的吸附劑及其製備工藝，包括殼聚糖和滷族元素(溴和碘)，作為改進，還添加了硫酸，其中殼聚糖、碘(溴)的化合物、硫酸的質量比為(1～15)∶1∶(0.5～5)。本工藝利用滷族元素(溴和碘)的鉀鹽與硫酸反應和在酸性情況下殼聚糖對活性碘和溴有較好吸附特性而製得。本發明吸附劑脫除Hg0效率高，成本較低廉，產物不產生二次汙染，可達到工業化應用要求。
文檔編號B01J20/30GK101816922SQ20101015035
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者向軍, 周英彪, 孫路石, 張安超, 胡松, 蘇勝 申請人:華中科技大學