汞吸附剂组合物、制备它的方法和从流体中分离汞的方法技术

说明了设计用作汞吸附剂组合物、试剂或产品的重金属吸附剂组合物。汞吸附剂组合物包括含硅的硅藻壳形式的天然硅藻土，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约０．７５μｍ－约１０００μｍ的范围内。硅藻使它的表面被能形成表面处理硅藻并通过化学键接除去汞的活化材料所处理，当表面处理硅藻接触含汞流体时，与汞反应使汞通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.领域本专利技术一般涉及用于分离流体中汞的汞吸附剂组合物、从流体中分离汞的方法和制备汞吸附剂组合物的方法，更特别地涉及用于从水溶液、油溶液和有机溶液中的一种中分离汞的由天然硅藻土形成的汞吸附剂、使用表面处理硅藻从水溶液、油和有机溶液中的一种中分离汞的方法以及制备包括含硅的硅藻壳形式的天然硅藻土的汞吸附剂组合物的方法，其中用能形成表面处理硅藻并通过化学键接除去汞的活化材料所处理硅藻表面，当将表面处理硅藻与含汞流体接触时与汞反应，使限定汞的汞类型通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离。2.现有技术描述在本领域中已知使用复合制品从气体和流体中浓缩或除去汞。例如，美国专利3961031公开了通过使含二氧化硫的气体接触硫脲水溶液除去含二氧化硫的气体中包含的汞的方法，其中硫脲水溶液任选地包含酸浓度高于对选择性吸收蒸汽态汞正常的1的酸。美国专利4057423公开了使用接触法制造无汞硫酸的方法，接触法包括洗涤气体来沉淀和除去硫酸中包含的重金属，尤其是汞。美国专利5558771和5492627公开了用于从流体中分离汞的复合颗粒和使用复合颗粒的方法，其中复合颗粒包括具有细分散的金和任选的适于吸收流体中元素、离子或有机汞的锡的惰性基质。日本公开专利申请No.Hei 5[1993]-212241公开了汞除去剂和它的制造方法。日本公开专利申请No.Hei 5[1993]-212241中的公开内容为用于除去燃烧废气中汞的试剂，其中试剂为浆或半干形式，并通过以下来制备：(a)具有大的比面积的无机粉末和末端具有γ-巯基的硅烷(silance)偶合剂之间的反应，或(b)具有大的比面积的硅藻土或硅藻土和珍珠岩的混合物和末端具有γ-巯基的硅烷偶合剂之间的-->反应。日本公开专利申请No.Hei 5[1993]-212241，向二氧化硅、二氧化钛、活性粘土、硅胶、分子筛、硅藻土以及硅藻土与珍珠岩的混合物的无机粉末中加入水。搅拌混合物，使搅拌的混合物与γ-巯基硅烷偶合剂在醇中的溶液反应得到除去废燃烧气体中汞的试剂。其它已知的商业汞除去技术包括活性炭吸附、硫浸渍的活性炭、微乳液液膜、离子交换和胶体沉淀。这些技术的缓慢动力学、差的汞选择性和低的汞负荷容量使汞除去过程效率低并由于处理大量废物的高成本而昂贵。用于捕集重金属包括汞的环境补救应用在本领域中是已知的，但没有得到充分发展用于商业应用。主要的汞除去剂是活性炭。但是，已知的环境补救应用和为此使用的试剂没有使用天然硅藻土和为了从含重金属流体如气体和液体中有效除去重金属如汞和金而用于活化硅藻表面的活化材料。最确定的汞除去市场在烃处理应用中。用于汞除去的试剂包括催化剂材料和处理的颗粒活性炭。这种处理技术为了在商业上成功需要大规模下的性能。但是，某些瞄准机会的应用如例如近海天然气和气液处理对具有高的汞负荷容量和快的汞除去速度的汞吸附剂组合物有商业需要。表面处理的合成中孔二氧化硅材料已被研究作为除去汞的吸附剂。例如，汞吸附剂通过四乙基原硅酸酯(TEOS)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷的共缩合来制备，并描述在题目为One-Step Synthesis ofHigh Capacity Mesoporous Hg2+ Adsorbents by Non-ionicSurfactant Assembly的论文中，41-48页，Brown，J；Richer R和Mercier，L；Microporous and Mesoporus Meterials，2000(“Brownet al Reference”) 。硫醇官能团通过三(甲氧基)巯基丙基硅烷(TMMPS)的缩合被连接到中孔二氧化硅上，这描述在美国专利6326326中，其中专利技术人是Feng，Liu和Fryxelld。尽管在这些材料中被报道了高的汞负荷容量，但与天然存在的多孔二氧化硅如硅藻土相比，合成这些中孔二氧化硅材料的成本明显高。连接硫醇官能团到合成中孔二氧化硅材料的复杂过程也进一步增加成-->本到制造这种汞吸附剂产品的总生产成本上。更简单的方法被用于生产本专利技术的高效汞吸附剂产品。进行了使用二氧化硅基矿物除去汞的尝试。例如，在题目为“A NewAdsorbent for the Efficient Elimination of Heavy Metals fromIndustrial Dismissal of Tetouan Area”的论文中，Mazouak A和Azami，A，1-6页，第4卷，International Journal ofEnvironmental Studies，2001(“Mazouak Reference”)，使用Northern Morocco的硅藻土处理汞水溶液。由于没有官能化Hg除去基团连接到硅藻土表面上，因此因吸附的汞和硅藻土之间的弱吸引而使处理的废物在化学上不稳定。对用于从含汞的水溶液、油溶液和有机溶液中除去汞的新的新型独特汞吸附剂组合物材料存在迫切需要。现有技术的材料和方法在汞负荷容量和汞除去速度方面不足。另外，当将汞吸附剂组合物材料接触包含汞的水溶液、油溶液或有机溶液形式的含汞流体来使限定汞的汞类型从流体中分离时，非常需要能高效和有效地使用汞吸附剂组合物材料除去汞。已知的现有技术组合物产品和方法都不能在高的汞负荷容量和快的汞除去速度下高效、有效和经济地从流体中除去汞。专利技术概述本专利技术公开了新的新型独特的汞吸附剂组合物、制备这种汞吸附剂组合物的方法和使用汞吸附剂组合物从流体中除去汞的方法。本专利技术公开和教导了新的新型独特的汞吸附剂组合物。在优选的实施方案中，汞吸附剂组合物包括含硅的硅藻壳形式的天然硅藻土，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约0.75μm-约1000μm的范围内。硅藻使它的表面被能形成表面处理硅藻并通过化学键接除去汞的活化材料所处理。当表面处理硅藻接触含汞流体时，表面处理的硅藻与汞反应使限定汞的汞类型通过化学键接到表面活化的硅藻上从流体中分离。本专利技术的高效汞吸附剂组合物和产品不同于已知的现有技术。例如，日本公开专利申请No.Hei 5[1993]-212241没有预期、公开、建议或教导在汞吸附剂中使用醇溶剂。日本公开专利申请No.Hei-->5[1993]-212241公开了水的使用，而在本专利技术中不使用水。另外，通过利用本专利技术的教导，本专利技术从水溶液中的汞除去效率明显更高，与日本专利521224公开的汞吸附剂产品的除去效率相比，高两个数量级以上。此外，日本专利521224中公开的汞吸附剂产品在油基质中具有非常有限的汞除去能力。一个原因在于在水和醇溶剂存在下巯基官能团到基质表面的无效连接造成差的汞除去性能。因此，本专利技术的一个优点在于汞吸附剂组合物能非常有效地从水溶液、油溶液和有机溶液中除去汞。本专利技术的另一个优点在于使用天然硅藻土作为基质制备高效汞吸附剂产品。本专利技术的另一个优点在于高效汞吸附剂组合物、试剂和产品由具有具备汞除去功能的表面处理硅藻的天然硅藻土制成，这种汞吸附剂组合物、试剂和产品具有高的汞负荷容量、快的汞除去速度和高的汞选择性。本专利技术的另一个优点在于由天然硅藻土制成的高效汞吸附剂产品具有高的汞选择性。本专利技术的另一个优点在于公开和教导了使用γ-巯基丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汞吸附剂组合物，包括：　　　　含硅的硅藻壳形式的天然硅藻土，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约０．７５μｍ－约１０００μｍ的范围内，所述硅藻使它的表面被能形成表面处理硅藻并通过化学键接除去汞的活化材料所处理，当表面处理硅藻接触含汞流体时，与汞反应使汞通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-3-17 10/803,7361.一种汞吸附剂组合物，包括：含硅的硅藻壳形式的天然硅藻土，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约0.75μm-约1000μm的范围内，所述硅藻使它的表面被能形成表面处理硅藻并通过化学键接除去汞的活化材料所处理，当表面处理硅藻接触含汞流体时，与汞反应使汞通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离。2.权利要求1的组合物，其中选择所述其表面被一系列限定硅藻壳结构的开孔中断的含硅的硅藻壳的尺寸，而使大部分硅藻具有在约10μm-约150μm范围内的尺寸。3.权利要求1的组合物，其中天然硅藻土具有约5μm(d10)至约82μm(d90)的粒度分布。4.权利要求1-3中任意一项的组合物，其中限定流体中汞的汞类型为有机汞类型。5.权利要求1-3中任意一项的组合物，其中选择所述能通过施加到硅藻表面上的化学键接除去汞并形成表面处理硅藻的处理活化材料，以具有高的汞负荷容量。6.权利要求1-3中任意一项的组合物，其中选择所述能通过化学键接到硅藻表面上除去汞并形成表面处理硅藻的处理活化材料，以具有快的汞除去速度。7.一种用于从含汞流体中分离汞的组合物，包括包含天然硅藻土的基质，所述天然硅藻土为含硅的硅藻壳形式，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约0.75μm-约1000μm的范围内；和处理活化材料，其能形成具有表面处理硅藻的基质并通过施加到硅藻表面上的化学键接除去汞，所述表面处理硅藻在接触含汞流体时，被设计与汞反应使汞通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离。8.权利要求7的组合物，其中选择所述其表面被一系列限定硅藻壳结构的开孔中断的含硅的硅藻壳的尺寸，而使大部分硅藻具有在约10μm-约150μm范围内的尺寸。9.权利要求7的组合物，其中天然硅藻土具有约5μm(d10)至约82μm(d90)的粒度分布。10.权利要求7-9中任意一项的组合物，其中选择能形成具有表面处理硅藻的基质并通过化学键接到硅藻表面上除去汞的处理活化材料，以具有高的汞负荷容量。11.权利要求10的组合物，其中处理活化材料具有至少300mg Hg/g的高的汞负荷容量。12.权利要求10的组合物，其中处理活化材料具有大于400mg Hg/g的高的汞负荷容量。13.权利要求10的组合物，其中处理活化材料具有大于425mg Hg/g的高的汞负荷容量。14.权利要求7-13中任意一项的组合物，其中选择能形成具有表面处理硅藻的基质并通过化学键接到硅藻表面上除去汞的处理活化材料，以具有快的汞除去负荷速度。15.权利要求14的组合物，其中在水溶液中1g/L产品负荷下时，从约9700ppb的起始离子汞浓度开始，快的汞除去率在30分钟内大于约99.8％汞除去率。16.权利要求14的组合物，其中在水溶液中1g/L产品负荷下时，从约9700ppb的起始离子汞浓度开始，快的汞除去率在30分钟内大于约99.9％汞除去率。17.权利要求14的组合物，其中在油溶液中100g/L产品负荷下时，从约7800ppb的起始离子汞浓度开始，快的汞除去率在240分钟内大于约99.0％汞除去率。18.权利要求7的组合物，其中选择处理活化材料使γ-巯基丙基三甲氧基硅烷作为汞吸附官能团。19.权利要求7-9中任意一项的组合物，其中选择处理活化材料的溶剂为非醇溶剂。20.权利要求19的组合物，其中非醇溶剂为氯仿。21.一种用于从含汞流体中分离汞的汞吸附剂产品，包括包含天然硅藻土的基质，所述天然硅藻土为含硅的硅藻壳形式，所述含硅的硅藻壳具有被一系列限定硅藻壳结构的开孔所中断的表面，尺寸在约0.75μm-约1000μm的范围内；和处理活化材料，其能形成具有表面处理硅藻的基质并通过化学键接到硅藻表面上除去汞，所述表面处理硅藻在接触含汞流体时，被设计与汞反应使限定汞的汞类型通过化学键接到表面处理硅藻上而从流体中分离，选择所述表面处理硅藻，使得在水溶液中测量的离子汞负荷容量高于约200mg Hg/g产品，对于1g/L产品负荷下约9700ppb的起始离子汞浓度，在约30分钟处理后水溶液中的汞除去率大于约98.0％。22.权利要求21的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得在水溶液中测量的离子汞负荷容量高于约300mg Hg/g产品。23.权利要求21的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得在水溶液中测量的离子汞负荷容量高于约400mg Hg/g产品。24.权利要求21的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得在水溶液中计算的理论最大离子汞负荷容量高于约600mg Hg/g产品。25.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得对于10g/L产品负荷下约7800ppb的起始离子汞浓度，在约240分钟处理后油溶液中的汞除去率大于约98.7％。26.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得对于1g/L产品负荷下约90ppb的起始离子汞浓度，在约30分钟处理后水溶液中的汞除去率大于约98.1％。27.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得对于10g/L产品负荷下约566ppb的起始元素汞浓度，在约240分钟处理后油水溶液中的汞除去率大于约89.2％。28.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中选择所述表面处理硅藻，使得对于10g/L产品负荷下约566ppb的起始有机汞(C9H9HgNaO2S)浓度，在约240分钟处理后水溶液中的汞除去率大于约89.7％。29.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中所述表面处理硅藻在pH低至约0的酸性条件下进行汞除去。30.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中所述表面处理硅藻在pH高至约11.2的碱性条件下进行汞除去。31.权利要求21-24中任意一项的汞吸附剂产品，其中所述表面处理硅藻在氧气气氛中在...

【专利技术属性】
技术研发人员：B王，
申请(专利权)人：高级矿物公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]