一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于环境保护相关技术领域，其公开了一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法，包括以下步骤：将聚氯乙烯分别与碳基吸附剂和非碳基吸附剂研磨混合后，放入管式炉中进行密闭加热处理，以将聚氯乙烯中的氯元素富集于吸附剂的表面，由此得到改性碳基/非碳基脱汞吸附剂；加热时，混合物中的低分子物质先挥发出来，接着会发生分解和缩聚两类反应析出焦油和气，从而形成活性空位，在此过程中，聚氯乙烯会与碳基吸附剂/非碳基吸附剂发生混合交互作用；聚氯乙烯由于它的热塑性以及在热转化过程中释放的氯元素会与活性空位结合而吸附在吸附剂的微孔或者表面上，形成脱汞活性位点，大幅提高脱汞性能。本发明专利技术的制备工艺简单，效率高，成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法
本专利技术属于环境保护相关
，更具体地，涉及一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着人口的增加和经济飞速的发展，人民生活水平提高，城市生活化水平的提高，同时也导致了城市固体废弃物数量的空前增加，城市化、人口增长和工业化是产生大量垃圾的三个主要原因。日益增长的垃圾产生的社会、环境和财政的影响越来越受到关注，改善城市生活垃圾的收集、回收和处置是一个当下备受关注的问题。目前，对应城市生活垃圾的处置方式主要包括填埋、焚烧和热解。垃圾填埋是一种传统固体废弃物处理方式，它具有建设投资少、运行费用低等优势，但是其对包含塑料在内的一些废弃物的处置存在诸多问题；由于塑料很难生物降解，所以造成了处理周期长、处理效果差的问题，对塑料大量的填埋可能也会使大量可利用的塑料被浪费，与可持续利用背道而驰，同时由于目前填埋技术水平低，会造成污染地下水、大气和土壤的问题。焚烧处置占地面积小、处理量大、并可实现能量回收，但是焚烧塑料会产生成分复杂的废气和含毒性污染物，如二噁英等。另一方面，焚烧法投资大、设备损耗和维修运转费用高，热解技术相比于前两种处理方式，它的经济性更好、二次污染较小，对环境更友好，并且可将各种有机成分转化为更易利用的能量形式，应用前景广阔、这些废弃物处置不当会对环境产生巨大的影响。因此，对城市生活垃圾的无害化、资源化处置具有重要的意义。汞是过渡金属的一种，因其是一种具有较强的毒性、挥发性、生物累积性的重金属污染物而备受关注，同时它也是燃煤电厂继SOx、NOx、粉尘后的第四大污染物。汞主要以单质态汞、氧化态汞和颗粒态汞存在于燃煤烟气中。氧化态汞易溶于水，可被燃煤电厂尾部的湿法脱硫装置脱除，颗粒态汞易与燃煤烟气中的飞灰一同被除尘装置脱除。但由于单质态汞不溶于水、高挥发性且存在时间长，所以对于单质态汞的脱除十分困难，目前对燃煤电厂中汞的排放控制主要是对于单质态汞的脱除。为了将燃煤烟气中的单质汞高效脱除，学者们做了大量的研究，提出几种方式如利用燃煤电厂现有的污染物控制装置协同脱除包括催化氧化、活性炭喷射技术等。其中活性炭喷射技术(ACI)被认为是最有效的脱汞技术之一，此项技术早已在美国进行商业化应用，其他技术还处于研究阶段。但是原始活性炭的脱汞效率不高，使得该技术的成本大大增加，给燃煤电厂的经济效益带来负面的影响。针对这个问题，大量学者尝试用化学浸渍法来改性活性炭以提升其脱汞性能，还有学者采用化学浸渍法改性非碳基吸附剂来提高它的脱汞效率。化学浸渍法可以大幅提升吸附剂的脱汞性能，但是化学浸渍法改性复杂、消耗大量时间，并且会消耗大量的化学试剂，这无疑增加了吸附剂的制备成本，使得ACI技术发展受限。面对日益严格的汞排放要求，开发出一种制备工艺简单、高效、制备成本相对低廉的脱汞吸附剂势在必行。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法，分别在低温/中高温下对非碳基/碳基脱汞吸附剂进行改性，利用其在低温/中高温产生的不同机理分别进行应用，其目的在于：第一，一方面在聚氯乙烯失去水分及部分有机碳的过程中，原本聚氯乙烯中无机形态的氯离子会部分转化成有机形态的氯与碳基吸附剂的大分子基团结合形成高汞反应活性基团并吸附在碳基吸附剂的微孔和表面；另一方面，聚氯乙烯中部分有机形态的氯在热处理环境下会重整组合，形成高汞反应活性基因且由于其热塑性影响黏连在碳基/非碳基吸附剂表面，形成脱汞活性位点；第二，使聚氯乙烯在后续的固体废弃物处理中不会产生诸如氯化氢、二噁英的污染物，使得废物无害化利用，变废为宝。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将聚氯乙烯分别与碳基吸附剂和非碳基吸附剂研磨混合后，放入管式炉中进行密闭加热处理，以将聚氯乙烯中的氯元素富集于吸附剂的表面，由此得到改性碳基/非碳基脱汞吸附剂；加热时，混合物中的低分子物质先挥发出来，接着会发生分解和缩聚两类反应析出焦油和气，从而形成活性空位，在此过程中，聚氯乙烯会与碳基吸附剂/非碳基吸附剂发生混合交互作用，聚氯乙烯由于它的热塑性以及在热转化过程中释放的氯元素会与活性空位结合而吸附在吸附剂的微孔或者表面上。进一步地，所述碳基吸附剂为活性炭、碳纳米管、石墨烯、活性炭纤维、碳分子筛中的任意一种。进一步地，所述的非碳基吸附剂为高岭土、膨润土、活性氧化铝、氧化钙中的任意一种。进一步地，所述聚氯乙烯与所述碳基吸附剂的质量比为1:6～3:1，所述聚氯乙烯与所述非碳基吸附剂的质量为比1:6～3:1。进一步地，所述热处理是在管式炉中密闭加热，采用的加热温度为250℃～900℃，加热时间为10min～30min。进一步地，所述聚氯乙烯和碳基吸附剂/非碳基吸附剂均为粒径在0.5mm～10mm的粉末。进一步地，当所述碳基吸附剂为椰壳活性炭，所述非碳基吸附剂为沸石分子筛时，在250℃～600℃下，当废弃物聚氯乙烯分别与椰壳活性炭或者沸石分子筛混合加热时，部分有机形态的氯在热处理环境下会重整组合而形成高汞反应活性基团，并在聚氯乙烯的热塑性影响下与椰壳活性炭或者沸石分子筛发生黏连，并将聚氯乙烯中的氯元素经过重整组合后固定在椰壳活性炭或者沸石分子筛上，从而形成更多的活性官能团，以对汞的吸附起到促进作用。进一步地，在600℃～900℃下，当废弃聚氯乙烯分别与椰壳活性炭或者沸石分子筛混合加热时，对于沸石分子筛，其在250℃～600℃下形成的部分活性官能团会发生断裂；对于椰壳活性炭，其会发生一些脱氮及脱氧反应，增加了椰壳活性炭的比表面积，使得孔道结构更为发达，同时会形成碳原子空位，而聚氯乙烯由于它的热塑性以及在热转化过程中释放的氯元素会与椰壳活性炭所形成的碳原子空位结合吸附在椰壳活性炭的微孔或者表面上，形成了高汞反应活性基团，从而提高了吸附剂的脱汞性能。进一步地，将聚氯乙烯与碳基吸附剂进行加热处理时采用的温度为250℃或者900℃；将聚氯乙烯与非碳基吸附剂进行加热处理时采用的温度为300℃。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂，所述改性碳基/非碳基脱汞吸附剂是采用如上所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法制备而成的。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂及其制备方法主要具有以下有益效果：1.聚氯乙烯作为城市固体废弃物，来源广泛，获取方便，利用废弃物对脱汞吸附剂进行改性，有益于废弃物的无害化利用。2.采用热处理这种改性脱汞吸附剂的制备方法，生产工艺简单，耗时少(10min～30min)，生产周期短，减少了生产工序，提升了生产效率，节省了脱汞吸附剂制备的能耗和时间。3.固体废弃物如聚氯乙烯在后续处理的过程中，可能会产生诸如氯化氢、二噁英等污染物，对环境造成巨大的影响；在热处理条件(惰性气氛)下用聚氯乙烯对碳基/非碳基吸附剂进行改性，此过程中可以控制氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：将聚氯乙烯分别与碳基吸附剂和非碳基吸附剂研磨混合后，放入管式炉中进行密闭加热处理，以将聚氯乙烯中的氯元素富集于吸附剂的表面，由此得到改性碳基/非碳基脱汞吸附剂；/n加热时，混合物中的低分子物质先挥发出来，接着会发生分解和缩聚两类反应析出焦油和气，从而形成活性空位，在此过程中，聚氯乙烯会与碳基吸附剂/非碳基吸附剂发生混合交互作用，聚氯乙烯由于它的热塑性以及在热转化过程中释放的氯元素会与活性空位结合而吸附在吸附剂的微孔或者表面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：将聚氯乙烯分别与碳基吸附剂和非碳基吸附剂研磨混合后，放入管式炉中进行密闭加热处理，以将聚氯乙烯中的氯元素富集于吸附剂的表面，由此得到改性碳基/非碳基脱汞吸附剂；
加热时，混合物中的低分子物质先挥发出来，接着会发生分解和缩聚两类反应析出焦油和气，从而形成活性空位，在此过程中，聚氯乙烯会与碳基吸附剂/非碳基吸附剂发生混合交互作用，聚氯乙烯由于它的热塑性以及在热转化过程中释放的氯元素会与活性空位结合而吸附在吸附剂的微孔或者表面上。


2.如权利要求1所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述碳基吸附剂为活性炭、碳纳米管、石墨烯、活性炭纤维、碳分子筛中的任意一种。


3.如权利要求1所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的非碳基吸附剂为高岭土、膨润土、活性氧化铝、氧化钙中的任意一种。


4.如权利要求1所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述聚氯乙烯与所述碳基吸附剂的质量比为1:6～3:1，所述聚氯乙烯与所述非碳基吸附剂的质量为比1:6～3:1。


5.如权利要求1所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述热处理是在管式炉中密闭加热，采用的加热温度为250℃～900℃，加热时间为10min～30min。


6.如权利要求1所述的改性碳基/非碳基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述聚氯乙烯和碳基吸附剂/非碳基吸附剂均为粒径在0.5mm～10mm的粉末。
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗光前，吉庆钰，邹仁杰，方灿，李显，姚洪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42