專利名稱：化學(xué)改性殼聚糖吸附脫汞劑及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫除燃煤電站煙氣中Hg°的吸附劑及其制備工藝。
背景技術(shù)：
電力工業(yè)污染物的排放已使環(huán)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(yán)重危害著人類的健康生活。重金屬汞(Hg°、Hg2+和Hgp)的污染尤為嚴(yán)重；據(jù) 報(bào)道，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。存在于環(huán)境或生產(chǎn)中的汞及其化合物可經(jīng)呼吸而由肺、經(jīng)溶解而由皮膚、經(jīng)飲食而 由消化道等途徑進(jìn)入人體，還可由母體胎盤進(jìn)入胎兒體內(nèi)。汞中毒引起腎功能衰竭，并損害 神經(jīng)系統(tǒng)，是人體運(yùn)動(dòng)失調(diào)，聽覺損害，語言障礙等，對(duì)其研究已成為環(huán)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(rùn) 土)物質(zhì)，但脫除效率不高；而這些吸附劑經(jīng)ZnCl2、CuCl2, KBr, KI和滲S等改性后能夠大 幅度提高其對(duì)汞的吸附量，但經(jīng)濟(jì)成本偏高。開發(fā)成本廉價(jià)且能有效脫除單質(zhì)汞的吸附劑 是目前研究的熱點(diǎn)和難題。殼聚糖(Chitosan，CTS)是一種儲(chǔ)量極為豐富的天然堿性高分子多糖，多為蝦、蟹 甲殼提取物，是由甲殼素部分脫乙?；苌铩Ｋ鼰o毒、無味、耐熱、耐堿、耐腐蝕，兼容性 寬，具有優(yōu)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(tuán)，是重金屬離子的良好吸附劑，被廣泛的應(yīng)用環(huán)保 領(lǐng)域，尤其是水處理領(lǐng)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(fā)明中研制的碘(溴)和硫酸改性的殼聚糖吸附劑，脫Hg°能力強(qiáng)，價(jià)格 低廉，是一種新型的環(huán)保型吸附劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑，脫汞效率高，成本低 廉，產(chǎn)物不產(chǎn)生二次污染，達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用要求。一種用于脫除燃煤煙氣中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(zhì)量比為(1 15) 1 (0.5 5)?！N用于脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑的制備工藝，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后，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后 抽濾，烘箱中80 100°C烘干，即制得所述的吸附劑。本發(fā)明所述的濃硫酸濃度為98%。本發(fā)明在加入上述去離子水的同時(shí)還加入適量的無水乙醇。本發(fā)明以改性膨潤(rùn)土和高分子化合物殼聚糖及其復(fù)合物為吸附劑，在模擬煙氣 (N2+Hg°)氛圍下研究對(duì)Hg°的吸附能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本發(fā)明吸附劑是一種高效、經(jīng)濟(jì)的 脫汞吸附劑，具體體現(xiàn)在
1.原料易購買，吸附劑易制備，成本低，性價(jià)比高；2.吸附劑比表面面積小，但是其脫汞效率較高，說明進(jìn)行的是一種化學(xué)反應(yīng)；3.脫汞吸附劑穩(wěn)定性好；4.脫汞吸附劑脫汞效率高，其中實(shí)施例中CTS-I-S-412型吸附劑最大脫汞效率可達(dá)到100% ；5.脫汞吸附劑為干態(tài)粉末，不使用水溶液，無二次污染。

發(fā)明內(nèi)容


圖1為N2氛圍汞吸附實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1CTS-Br-S系列吸附劑制備稱取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后，加入 lgKBr，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備 用，記為CTS-Br-S-410。用2g硫酸代替CTS-Br-S-410制備中硫酸的用量，制備出吸附劑 CTS-Br-S-412(其中S表示吸附劑制備過程中有硫酸添加，410和412分別表示殼聚糖、改 性劑和硫酸按以上制備方法的質(zhì)量比)。CTS-I-S系列吸附劑制備稱取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后，加入 lgKI，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備 用，記為CTS-I-S-410。用2g硫酸代替CTS-Br-S-410制備中硫酸的用量，制備出吸附劑 CTS-I-S-412。實(shí)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后，加入IgKBr，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備用，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后，加入lgKI，不斷攪拌4 6h，靜置10 15h后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備用，記為CTS-I-S-813。實(shí)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后，加入lgKBr，不斷攪 拌4h，靜置IOh后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備用，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后，加入lgKI，不斷攪拌4h，靜置IOh后抽濾，烘箱中80 100°C烘干，置于干燥皿中備用，記為CTS-I-S-1513。為了解本發(fā)明吸附劑的性能，特在氮?dú)?N2)氛圍下研究其對(duì)Hg°的吸附能力。汞吸 附實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如圖1所示，它由氣源1 (如N2)、流量計(jì)2、水蒸氣發(fā)生器3、U形管4、汞發(fā)生器 5、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀6、立式管式爐7、汞濃度測(cè)試儀8組成。其中吸附床為立式固定床，其內(nèi) 徑為7mm，為避免吸附劑流化，采用煙氣向下流動(dòng)式。溫控爐為吸附床提供恒定的床溫。實(shí) 驗(yàn)中吸附劑用量為30mg ；進(jìn)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?dú)鉃槠胶鈿?；汞蒸氣由高純氮?dú)馔ㄟ^恒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(shí)驗(yàn)中汞濃度為30μ g/m3。汞濃度檢測(cè)采用德國(guó)Mercury Instruments公司的VM3000汞在線分析儀，它基于冷原子吸收測(cè)量采樣氣體中的單質(zhì)汞， 可實(shí)時(shí)方便的了解吸附劑對(duì)汞(Hg°)的脫除效果。對(duì)實(shí)施例1中兩種化學(xué)改性殼聚糖吸附劑吸附實(shí)驗(yàn)表明，殼聚糖經(jīng)溴、碘和硫酸 改性后相對(duì)于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(yīng)是化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)，可以高效的脫除單質(zhì)汞，且CTS-I-S-412可以長(zhǎng)時(shí)間具 有100%的脫汞效率。采用本系列吸附除汞劑，能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。利用圖1的臺(tái)架對(duì)實(shí)施2和3的吸附劑進(jìn)行脫汞實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該吸附劑脫除 Hg0的反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)，可以高效的脫除單質(zhì)汞；在相同的制備條件下，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制備中，硫酸含量增 力口，可以大幅地提高其脫汞效率，但硫酸的加入量并不是越多越好。因含有硫酸根、碘(溴) 和氨基等官能團(tuán)，水蒸氣的加入可以提高吸附劑表面的酸性氛圍，更有利于Hg°的脫除。
權(quán)利要求
一種用于脫除燃煤煙氣中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(zhì)量比為(1～15)∶1∶(0.5～5)。
2.一種用于脫除燃煤煙氣中Hg°的吸附劑的制備工藝，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后，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后抽濾， 烘箱中80 100°C烘干，即制得所述的吸附劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備工藝，其特征在于，所述的濃硫酸濃度為98%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的制備工藝，其特征在于，在加入上述去離子水的同時(shí)還加 入適量的無水乙醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于脫除燃煤煙氣中元素汞(Hg0)的吸附劑及其制備工藝，包括殼聚糖和鹵族元素(溴和碘)，作為改進(jìn)，還添加了硫酸，其中殼聚糖、碘(溴)的化合物、硫酸的質(zhì)量比為(1～15)∶1∶(0.5～5)。本工藝?yán)名u族元素(溴和碘)的鉀鹽與硫酸反應(yīng)和在酸性情況下殼聚糖對(duì)活性碘和溴有較好吸附特性而制得。本發(fā)明吸附劑脫除Hg0效率高，成本較低廉，產(chǎn)物不產(chǎn)生二次污染，可達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)B01J20/30GK101816922SQ20101015035
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者向軍, 周英彪, 孫路石, 張安超, 胡松, 蘇勝 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)