煙氣汞的改性活性炭吸附劑及其捕集管的制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣污染物檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及煙氣汞的改性活性炭吸附劑及其捕集管的制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的痕量重金屬元素之一，具有持久性、易迀移性和高度生物積累性，汞污染已經(jīng)成為目前最受關(guān)注的全球性環(huán)境問題之一。我國(guó)大氣汞排放占全球人為汞排放的30?40%，居世界首位。當(dāng)前我國(guó)政府高度重視汞污染防治工作。但是由于以往對(duì)煙氣汞的研究投入不夠，導(dǎo)致基礎(chǔ)研究成果嚴(yán)重缺乏，關(guān)于煙氣汞的采樣、檢測(cè)及控制基本處于空白狀態(tài)?，F(xiàn)有的采樣檢測(cè)方法包括安大略法(OHM)和30B法等。安大略法(OHM)是一種液體吸收法，適用于各種工業(yè)煙氣中汞的采樣檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)精確、檢測(cè)限低(〈0.5yg/Nm3)，但OHM法所用設(shè)備較大，操作比較復(fù)雜，需配有專業(yè)人員，檢測(cè)周期長(zhǎng)且檢測(cè)費(fèi)用高。目前，美國(guó)環(huán)保主管部門已將30B法作為校正采樣檢測(cè)方法在實(shí)際采樣檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而，30B法所使用的活性炭采樣管價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)每根采樣管的售價(jià)在60?150美元之間，增加了環(huán)境監(jiān)測(cè)單位的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0003]汞的采樣和檢測(cè)是汞污染控制的基礎(chǔ)和前提條件，因此亟需開發(fā)一種基于活性炭的煙氣汞采樣管，將其應(yīng)用于工業(yè)煙氣中汞的采樣檢測(cè)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)分析之中，為煙氣汞的全面監(jiān)測(cè)工作提供服務(wù)，為汞排放的控制和治理提供技術(shù)儲(chǔ)備，推進(jìn)我國(guó)大氣汞排放的環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理。
[0004]中國(guó)專利CN87206619公開了一種供壤氣測(cè)汞技術(shù)中使用的活性炭捕汞管，有外層玻璃管，由具有三個(gè)凹環(huán)的玻璃管，凹環(huán)之間裝有內(nèi)層玻璃管，凹環(huán)兩處分別裝有玻璃棉，玻璃棉間裝有活性炭所構(gòu)成，其捕集管用于壤氣測(cè)汞技術(shù)領(lǐng)域，且其中玻璃管構(gòu)造復(fù)雜，增加了捕集管填充的復(fù)雜性。
[0005]中國(guó)專利CN103721676A公開了一種碘化活性炭及其制備方法與應(yīng)用，所述方法包括以下步驟:采用酸洗處理方式處理活性炭，之后采用碘化合物對(duì)活性炭進(jìn)行碘化處理，其存在的缺陷是:活性炭的前處理復(fù)雜，酸洗容易增加活性炭的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致物理吸附態(tài)的汞含量增加，影響最終汞含量的測(cè)定結(jié)果，且酸洗成本較高，工藝復(fù)雜。
[0006]中國(guó)專利CN103977763A公開了一種用于氣態(tài)汞采樣的高效吸附劑的制備方法，對(duì)活性炭的前處理包括去離子水浸泡、酸洗除雜的過程，且碘化時(shí)所用碘化試劑種類較多，操作復(fù)雜，且申請(qǐng)文件并沒有進(jìn)一步披露制備得到的活化活性炭的效果。
[0007]國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)活性炭改性做了一定量的研究，但是還處于起步階段，并且主要集中在改性方法的研究，而對(duì)于煙氣汞捕集管的設(shè)計(jì)研究相對(duì)不足，此外，目前報(bào)道的改性活性炭主要用于工業(yè)煙氣中汞的脫除，現(xiàn)有煙氣捕集管主要依賴于進(jìn)口成本較高，有必要研制一種成本低廉且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的活性炭捕集管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的第一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供煙氣汞的改性活性炭吸附劑的制備方法，該制備方法操作簡(jiǎn)單，制備得到的改性活性炭具有良好的煙氣汞捕集效果。
[0009]所述制備方法具體包括如下步驟:
[0010](I)將20?60目的活性炭用蒸餾水洗滌，烘干備用；
[0011](2)將烘干后的活性炭置于碘化鉀水溶液中，20_30°C條件下攪拌活化，烘干即得。
[0012]為了得到汞捕集效果較佳的改性活性炭，本發(fā)明優(yōu)選強(qiáng)度大的活性炭作為載體，具體可選自椰殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、果殼活性炭、竹制顆?；钚蕴炕蛘叻勰┗钚蕴恐械囊环N或者至少兩種。
[0013]為了得到效果最佳的改性活性炭，發(fā)明人對(duì)不同種類活性炭的強(qiáng)度(硬度)進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)椰殼活性炭的強(qiáng)度最大，其數(shù)值可達(dá)96%，優(yōu)于果殼活性炭(94%)和煤質(zhì)活性炭(92 % )，因此，本發(fā)明所述活性炭最優(yōu)選為椰殼活性炭。
[OOM]進(jìn)一步地，采用比表面積為900?I 10mVg的活性炭作為載體時(shí)，能夠獲得更加的汞脫除效果。
[0015]優(yōu)選地，步驟(2)中碘化鉀水溶液中碘化鉀的重量與活性炭的重量比為(0.5-3):100，相應(yīng)地，碘化鉀的負(fù)載量為0.5%?3%。本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用上述方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性后，活性炭具有良好的汞脫除能力。當(dāng)?shù)饣浀呢?fù)載量達(dá)到1%左右時(shí)，具有最佳的汞脫除能力。因此，本發(fā)明優(yōu)選碘化鉀與活性炭的重量比為(1-1.5): 100，進(jìn)一步優(yōu)選為1:100。
[0016]優(yōu)選地，所述攪拌在300-400轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行2-4h，優(yōu)選在350轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行3h。
[0017]優(yōu)選地，步驟(2)中，所述烘干在110-130°C溫度下進(jìn)行。
[0018]本發(fā)明優(yōu)選的改性活性炭吸附劑的制備方法包括如下步驟:
[0019](I)將20-60目的活性炭用蒸餾水洗滌，烘干備用；
[0020](2)按照碘化鉀水溶液中碘化鉀的重量與活性炭的重量比為(0.5-3):1的比例，將烘干后的活性炭置于碘化鉀水溶液中，在20-30°C，轉(zhuǎn)速300-400轉(zhuǎn)/min條件下攪拌2-4h，之后于110-130°C溫度下烘干即得。
[0021]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供采用上述任意一種方法制備得到的改性活性炭吸附劑。
[0022]本發(fā)明在對(duì)活性炭進(jìn)行改性時(shí)，前處理只涉及簡(jiǎn)單的水洗干燥，與酸洗處理相比，具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì);碘化處理時(shí)僅使用碘化鉀試劑，且精確控制碘化鉀與活性炭的用量比，使得碘化鉀的負(fù)載量達(dá)到0.5%?3%，碘化鉀浸漬改性能夠在活性炭上引入新的汞活性位點(diǎn)，當(dāng)含有汞的煙氣組分進(jìn)入活性炭的孔道結(jié)構(gòu)時(shí)，汞即被捕集。
[0023]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種改性活性炭捕集管，具有如下結(jié)構(gòu):包括直線型的捕集管本體，所述捕集管本體的長(zhǎng)度為160?220mm，內(nèi)徑為7-9mm，所述捕集管本體的兩端分別設(shè)有煙氣入口和煙氣出口，沿?zé)煔馔ㄟ^方向，所述捕集管本體內(nèi)依次連續(xù)填充有隔離I段，吸附I段，隔離Π段，吸附Π段和隔離m段，所述吸附I段和吸附Π段的填充物改性活性炭吸附劑。
[0024]優(yōu)選地，吸附I段和吸附Π段的長(zhǎng)徑比各自獨(dú)立地為2.5?3.5，進(jìn)一步優(yōu)選地，吸附I段和吸附Π段的長(zhǎng)徑比均為3。
[0025]優(yōu)選地，所述隔離I段，隔離Π段，隔離m段的填充物均為石英棉，進(jìn)一步優(yōu)選三者的填充長(zhǎng)度相同且為吸附I段或吸附Π段長(zhǎng)度的1/4?1/3。
[0026]優(yōu)選地，所述捕集管本體內(nèi)填充物的長(zhǎng)度占捕集管總長(zhǎng)度的1/3?1/2。
[0027]優(yōu)選地，所述捕集管本體的材質(zhì)為石英。
[0028]優(yōu)選地，所述隔離m段位于所述煙氣出口處。
[0029]優(yōu)選地，所述煙氣出口的截面積不斷縮小形成一錐形敞口。
[0030]本發(fā)明還提供了所述改性活性炭捕集管的最佳結(jié)構(gòu):包括直線型的捕集管本體，所述捕集管本體的長(zhǎng)度為160?220mm，內(nèi)徑為7-9mm，所述捕集管本體的兩端分別設(shè)有煙氣入口和煙氣出口，沿?zé)煔馔ㄟ^方向，所述捕集管本體內(nèi)依次連續(xù)填充有隔離I段，吸附I段，隔離Π段，吸附Π段和隔離m段；
[0031]其中，吸附I段和吸附Π段的長(zhǎng)度相同，其長(zhǎng)徑比為2.5?3.5，三個(gè)隔離段的長(zhǎng)度相同且占吸附段長(zhǎng)度的1/4?1/3;
[0032]隔離I段，隔離Π段，隔離m段的填充物均為石英棉，吸附I段和吸附Π段的填充物為碘化鉀改性的活性炭。
[0033]本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供上述任意一種改性活性炭吸附劑或任意一種改性活性炭捕集管在煙氣汞捕集中的應(yīng)用。
[0034]所述捕集管作為一次性采樣管能夠用于工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站煙氣中汞濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，成本低廉，由于工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站煙氣中汞的濃度極低，一般為PPb級(jí)另IJ，因此對(duì)捕集管中改性活性炭的性能要求較高，采用本發(fā)明所述的改性活性炭制成的捕集管對(duì)汞具有極佳的吸附能力，能夠滿足EPA30B標(biāo)準(zhǔn)的要求。
【附圖說明】
[0035]圖1為改性活性炭捕集管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2為實(shí)驗(yàn)例一活性評(píng)價(jià)結(jié)果圖。
[0037]圖1中:1_捕集管本體;101-煙氣入102-煙氣出201-隔離I段;202-吸附I段；203-隔離Π段;204-吸附Π段;205-隔離ΙΠ段。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中涉及到的物質(zhì)均可市購獲得，涉及到的操作如無特殊說明均為本領(lǐng)域常規(guī)操作。
[0039]實(shí)施例1碘化鉀負(fù)載量I%的改性活性炭的制備方法
[0040](I)將1g 20-60目，比表面積900-1000m2/g的椰殼活性炭用100ml蒸餾水洗滌5次，120°C烘干備用；
[0041 ] (2)取0.1g碘化鉀，加入150ml水，配制成碘化鉀水溶液，然后向碘化鉀水溶液中步驟(I)處理后的活性炭