低溫高效脫除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基樣品的製備方法與流程
2023-11-02 07:52:32
本發明涉及環境保護技術領域，特別是指一種低溫高效脫除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基樣品的製備方法。
背景技術：
在大氣汙染控制技術領域中，由於火電廠、鋼鐵等生產過程中排放的燃煤廢氣中存在大量的氮氧化物（NOx）、元素汞（Hg）和揮發性有機物（VOCs），這三種汙染物不僅嚴重危害了生態環境，而且給人們的身體健康帶來了嚴重的威脅，因此高效脫除煙氣中的NOx、Hg和VOCs具有非常重要的環境和健康價值。
然而，目前燃煤廢氣中氮氧化物的脫除多通過選擇性催化還原（SCR）或選擇性非催化還原（SNCR）等方法進行，這些方法對煙氣中存在的Hg和VOCs的脫除作用不大，這主要是因為元素汞中的零價汞（Hg0）較Hg2+等離子態汞更難脫除，而煙氣中的汞多以Hg0存在。目前，廢氣中氣態汞的淨化，主要是通過活性炭注射技術（activated carbon injection technologies），這種方法能夠有效的脫除氣態汞，然而該技術運行成本非常大，而且也不能同時有效的脫除廢氣中的氮氧化物以及VOCs等汙染物。同時，可有效去除工業燃煤煙氣中VOCs的活性炭固定床吸附法和催化燃燒技術分別存在競爭吸附而不利於多汙染物同時脫除和脫除成本過高的缺點，從而影響了VOCs與NOx和Hg0的同時脫除。
因此，同時脫除燃煤廢氣中的NOx、Hg0和VOCs具有良好的社會價值和市場應用前景，因而開發出一種低溫條件下能夠高效脫硝脫汞，而且能夠有效淨化廢氣中VOCs的樣品具有重要意義。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種低溫（160-320 ℃）高效脫除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基樣品的製備方法，該方法通過將改性後的活性焦、金屬鹽溶液按照一定的比例和配比，以等體積浸漬法將金屬鹽均勻負載於改性活性焦上，然後將負載有金屬鹽的活性焦樣品在一定條件下煅燒得到低溫下可高效脫除NOx、Hg0和VOCs的樣品。該樣品在低溫條件下，對NOx具有極高的淨化效率，同時能夠高效的脫除混合氣體中的Hg0和VOCs。
該方法具體步驟如下：
（1）將商用活性焦進行改性，得到試樣的載體；
（2）將步驟（1）中得到的載體浸漬於一定質量濃度的金屬鹽溶液中，浸漬一定時間後，低溫乾燥；
（3）將步驟（2）乾燥後的樣品於惰性氣氛下煅燒，製得脫除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基樣品。
其中，步驟（1）中改性的方法為酸改性、鹼改性或兩者按不同順序的組合改性；酸改性所用酸性溶液為下述至少一種：硫酸、磷酸、硝酸、鹽酸、醋酸；鹼改性所用鹼性溶液為下述至少一種：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸鈉；改性所用酸和鹼的濃度為0.1-10 M，優選為0.3-4 M，更優選為0.4-2 M，改性時間長度為0.5-72 h。
步驟（2）中金屬鹽溶液為下述至少一種：醋酸錳、醋酸鎳、硝酸鈰、硝酸銅、硝酸鈷、硝酸鑭；金屬鹽溶液質量濃度為1-40%，優選為2-30%，更優選為2-20%，浸漬時間0.5-48 h。
步驟（3）中惰性氣氛的氣體為下述氣體中至少一種：氬氣、氮氣、二氧化碳；所述煅燒溫度為200-750 ℃，煅燒時間為2-12 h；煅燒過程中，升溫速度和降溫速度均為1-30 ℃/min。
本發明的上述技術方案的有益效果如下：
上述方案中，原料來源廣，製備工藝簡單，負載物成本低，便於製備和推廣；該樣品低溫下不僅對NOx的淨化效率高，而且能夠協同高效脫除廢氣中的Hg0和VOCs。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施例進行詳細描述。
本發明提供一種低溫高效脫除NOx、Hg0和VOCs的活性焦基樣品的製備方法。
實施例1：
將商品活性焦（AC）置於1 M的氫氧化鈉中浸泡24 h, 之後於烘箱中80 ℃烘乾。將乾燥後的活性焦浸漬於質量分數分別為6%、5%和5%的硝酸鈷、醋酸錳和硝酸鈰的混合溶液中。浸漬24 h後於烘箱中80 ℃乾燥，其後置於管式爐中，在氮氣氣氛下以5 ℃/min的速率升至450 ℃，恆溫8 h後，自然冷卻至室溫。
將實施例1中得到的試樣，取0.500 g為實驗對象，以氮氣為平衡氣，在80 oC-360oC的溫度區間內，空速10000 /h、CNO=1000 ppm、CNH3=1000 ppm、Cvoc（VOC以甲苯為例，下同）=300 ppm、氧氣濃度=6%、CHg0=50 μg/m3條件下，在220 ℃時，NOx脫除率為90%，Hg0的脫除率為95%，VOCs脫除率為80%。
實施例2：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於金屬鹽溶液的質量分數為3%、5%和5%的硝酸鈷、醋酸錳和硝酸鈰的混合溶液中，其他條件以及測試條件與1相同，所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為88%，Hg0的脫除率為83%，VOCs脫除率為80%。與實施例1相比較差。
實施例3：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於金屬鹽溶液的質量分數為10%、20%和10%的硝酸鈷、醋酸錳和硝酸鈰的混合溶液中，其他條件以及測試條件與1相同，所述樣品在220℃時，NOx脫除率為82%，Hg0的脫除率為80%，VOCs脫除率為65%。與實施例1相比較差。
實施例4：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於金屬鹽溶液為質量分數為6%的硝酸鈷、5%的硝酸銅和5%的硝酸鈰的混合溶液，其他條件以及測試條件與1相同，所述試樣在所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為85%，Hg0的脫除率為80%，VOCs脫除率為82%。與實施例1相比較差。
實施例5：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於金屬鹽溶液為質量分數為6%的硝酸鈷、10%的硝酸鈰，其他條件以及測試條件與1相同，所述試樣在220 ℃時，NOx脫除率為70%，Hg0的脫除率為85%，VOCs脫除率為80%，NOx脫除率相差較大，Hg0的脫除率與實施例1相比稍有下降，VOCs脫除率與實施例1相當。
實施例6：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於將活性焦放置於1 M的鹽酸中進行改性，其他條件以及測試條件與1相同，所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為85%，Hg0的脫除率為92%，VOCs脫除率為85%。NOx脫除率與實施例1相比較差。Hg0的脫除率和VOCs脫除率與實施例1相比較好。
實施例7：
其他條件與實施例6相同，不同之處在於將活性焦放置於10 M的鹽酸中進行改性，其他條件以及測試條件與6相同，所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為80%，Hg0的脫除率為85%，VOCs脫除率為78%。NOx脫除率與實施例6相比較差。
實施例8：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於，在處理過程中，往樣品體系通入5%的水汽，所述試樣在所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為70%，Hg0的脫除率為80%，VOCs脫除率為85%，NOx脫除率和Hg0的脫除率與實施例1相比較差，VOCs脫除率與實施例1相比較好。
實施例9：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於，在處理過程中，往催化體系通入200ppm的SO2，所述試樣在所樣品述在220 ℃時，NOx脫除率為92%，Hg0的脫除率為85%，VOCs脫除率為75%，NOx脫除率與實施例1相比較有提升，Hg0的脫除率和VOCs脫除率與實施例1相比較差。
實施例10：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於，在處理過程中，往催化體系通入600ppm的SO2，所述試樣在所樣品述在220 ℃時，NOx脫除率為72%，Hg0的脫除率為80%，VOCs脫除率為70%，NOx脫除率、Hg0的脫除率和VOCs脫除率與實施例1相比較差。
實施例11：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於，在處理過程中，往催化體系同時通入5%的水氣和200ppm的SO2，所述試樣在220 ℃時，NOx脫除率為80%，Hg0的脫除率為85%，VOCs脫除率為90%，NOx脫除率、Hg0的脫除率和VOCs脫除率與實施例1相比較差。
對比例1：
其他條件與實施例1相同，不同之處在於活性焦沒有改性，其他條件以及測試條件與1相同，所述樣品在220 ℃時，NOx脫除率為80%，Hg0的脫除率為85%，VOCs脫除率為65%。氮氧化物脫除率、Hg0的脫除率和VOCs脫除率與實施例1相比較差。
通過實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5的比較可見，當金屬鹽溶液為6%、5%、5%的硝酸鈷、醋酸錳和硝酸鈰的混合溶液時，脫硝脫汞以及VOCs的淨化性能最佳。由實施例1、實施例6、實施例7與對比例1的比較可見，對活性焦的酸改性和鹼改性均能對其負載活性組分後的性能有較大的改善，鹼改性要稍微優於酸改性。由實施例1與實施例8的比較可見，催化系統中水平的存在會使得系統的催化性能稍有下降，其中水汽對脫硝性能的影響相比Hg0和VOCs的淨化較明顯。由實施例1與實施例9、實施例10的對比可見，少量的SO2可以促進廢氣中NOx的淨化，對Hg0的脫除有輕度的抑制。由實施例1與實施例7、實施例8、實施例9、實施例11的比較可見，該樣品在同時脫硫脫硝和淨化VOCs的過程中對水氣和SO2具有一定的抗性。
綜上所述，本發明中的樣品在低溫下具有優異的脫硝脫汞以及淨化VOCs的性能。試樣製備過程簡單，原料廉價，具有很好的應用前景。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。