本发明专利技术公开了一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，包括可密封的U型外反应管以及电加热炉，U型外反应管的两管口分别设置进气口和出气口，进气口侧的管体内自上而下为重金属蒸发区和吸附反应区，其中，重金属蒸发区内设有重金属承载架、且进气口固定设有用于悬挂重金属承载架的挂钩，吸附反应区内固定设有盛装固态吸附剂的吸附剂管；电加热炉包括上、下两组电加热器及热电偶温控，分别用于实现重金属蒸发区和吸附反应区所需温度。可预先对电加热炉进行温度控制，到达设定温度场后重金属与固态吸附剂同时接入并即刻发生吸附反应，能大大提高实验测得的吸附剂在指定温度下的吸附效率精度，避免了升温过程对重金属蒸发及吸附剂性质产生影响。
【技术实现步骤摘要】
一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置
本专利技术涉及一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，属于燃煤电厂、垃圾焚烧及工业生产大气污染防治领域。
技术介绍
随着社会发展，环境问题日益突出，重金属污染就是污染环境的一种突出形式，亟需防治。目前，我国电力行业仍以燃煤发电为主，排出的烟气中就包含多种重金属元素(Pb、Cd、As、Zn等)，加剧了对整个大气环境的污染。另外，人均每日产生的生活垃圾量也大幅度上升，最主要的处理方法是垃圾焚烧，垃圾焚烧所产生的烟气中也包含着各种重金属元素，对大气质量提出了更大的挑战。而且，各类工业生产也或多或少涉及到重金属污染，对人们的生活质量造成了直接或间接的危害。各种烟气中的重金属多以亚微米颗粒形式存在，可以顺利穿过现有的除尘设备，直接排向大气造成污染。目前应用比较广泛的解决方案是使用吸附剂将烟气中的重金属固定下来，不过该方案对吸附剂的选择和使用要求较高，吸附效率、吸附容量和吸附反应机理都是决定选择使用何种吸附剂的重要因素。目前的研究还没有对重金属蒸汽吸附反应效率和反应机理做出广泛且一致的成果，并且实验室缺少探究重金属蒸汽与吸附剂进行吸附反应的实验装置。重金属蒸汽与吸附剂的反应装置，如申请号为201510399981.6的中国专利技术专利公开的“一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置”，通过内、外反应管之间通过法兰连接，在内反应管中设置重金属放置板、吸附剂放置板，外部电加热炉加热来探究吸附剂对重金属的吸附效率和反应机理。该装置存在以下不足：(1)内、外反应管通过法兰垫片螺栓连接，反应管接入电加热炉操作复杂且气密性难以得到保证；(2)将内反应放入外反应管固定过程中，难以确保吸附剂在吸附剂放置板上的均匀性；另外对吸附剂的尺寸要求较高且难以安放，若吸附剂将吸附剂放置板铺满，则会阻塞板孔增大气流阻力；若吸附剂不将吸附剂放置板铺满，重金属蒸汽将会直接穿出板孔不与吸附剂发生吸附反应；(3)反应管在电加热炉升温伊始便接入电加热炉，在很大程度上增加了吸附剂在特定温度下对重金属蒸汽吸附效率的误差，若在达到设置温度后再接内反应管，由于内、外反应管为钢结构，导热性能突出，为人工操作提出了更大挑战。再如申请号为201910492297.0的中国专利技术专利申请公开的“一种半挥发性重金属蒸汽与固态吸附剂的吸附反应装置”，通过直外反应管内设置重金属蒸发区和吸附反应区，将其接入电加热炉内部来探究吸附剂对重金属的吸附效率和反应机理。该装置存在以下不足：(1)直外反应管从电加热炉升温伊始便要接入电加热炉，无法避免电加热炉升温过程中对吸附剂性质产生影响，进而对吸附剂在特定温度下对重金属蒸汽的吸附效率造成误差；(2)直外反应管无法简单迅速接入或取出电加热炉，为探究固态吸附剂在指定温度下固定时间段内对重金属蒸汽的吸附容量以及确定吸附剂达到对重金属蒸汽的最大吸附容量所需时间增加了难度。
技术实现思路
专利技术目的：针对目前实验室中缺乏精确高效的吸附研究装置的问题，本专利技术提供一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，可用于实验室中探究固态吸附剂对重金属蒸汽的吸附效率、吸附容量及吸附反应机理。技术方案：本专利技术所述的一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，包括可密封的U型外反应管以及电加热炉，U型外反应管的两管口分别设置进气口和出气口，进气口侧的管体内自上而下为重金属蒸发区和吸附反应区，其中，重金属蒸发区内设有重金属承载架、且进气口固定设有用于悬挂重金属承载架的挂钩，吸附反应区内固定设有盛装固态吸附剂的吸附剂管；电加热炉包括上、下两组电加热器及热电偶温控，分别用于实现重金属蒸发区和吸附反应区所需温度。使用时，先将电加热炉加热至指定温度，然后放入U型外反应管；待达到所设定的吸附反应时间后，将U型外反应管从电加热炉中取出。优选的，本专利技术的装置还可包括升降设备，该自动升降设备与U型外反应管固定连接，方便U型外反应管的取放，实现对吸附反应时间的精确控制。自动升降设备与U型外反应管可过防扭钢丝固定连接，避免U型外反应管在接入和取出电加热炉时的抖动与旋转。为避免U型外反应管吸附反应过程中的抖动，可在U型外反应管的两直管段上固定套设一圆盘，该圆盘的尺寸大于电加热炉炉腔口径，从而可对U型外反应管限位、防止其抖动；此时，自动升降设备可与圆盘固定连接。进一步的，电加热炉炉口上可安装一隔板，该隔板为环形，用于密封电加热炉、同时承载圆盘。U型外反应管进气口侧管体包括重金属蒸发区管段和吸附反应区管段，重金属蒸发区管段的管径大于吸附反应区管段，且两管段的连接处形成平台，吸附剂管可固定在该平台上。吸附剂管上可设置吊框、以便U型外反应管接入电加热炉之前，吸附剂管的安放；吸附反应结束后，安全迅速地取出吸附剂管。其中，U型外反应管的进气端和出气端分别设置有进气口塞和出气口塞，进气口塞、出气口塞上分别开设进气口和出气口；用于悬挂重金属承载架的挂钩可与进气口塞一体连接。U型外反应管的进气口和出气口分别连接进气管、出气管，优选的，该进气管、出气管上分别外设水冷设备，水冷设备可维持U型外反应管进气口和出气口处于100℃以下，使重金属无法以蒸汽状态存在，避免重金属泄漏，保证实验安全。为维持气流方向稳定、保证重金属蒸汽全部经过吸附剂，U型外反应管的进气口、出气口处可分别连接气泵。进一步的，U型外反应管出气口与对应气泵之间依次连接用于防止倒吸的空瓶、用于捕集未被吸附的重金属的重金属吸收瓶、用于去除出口气流中酸性气体的水洗瓶以及用于吸收出口气流中水分的干燥瓶；U型外反应管进气口与对应气泵之间连接用于吸收气流中水分的干燥瓶。工作原理：在重金属承载架和吸附剂管内分别安放重金属和固体吸附剂，然后将吸附剂管放入U型外反应管进气口侧的吸附反应区内，并将重金属承载架悬挂在进气口的挂钩上，将U型外反应管进气口、出气口分别与进气管、出气管连接并密封；待电加热炉内温度场达到设定值后，将U型外反应管通过自动升降装置接入电加热炉，开始进行实验。伴随着重金属受热挥发，气流携带重金属蒸汽进入吸附剂管，经固态吸附剂后从出气口流出，待达到所设定的吸附反应时间后，将U型外反应管从电加热炉中取出。U型外反应管进气口侧解除密封，取下重金属承载架并取出吸附剂管，分别取出实验后的残余重金属和固态吸附剂，分析研究获得特定温度下设定时间内的吸附效率。而U型外反应管内可再放入下一组重金属承载架和吸附剂管，进行下一次实验。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：(1)本专利技术采用U型外反应管，U型管体结构特征使得其可随时接入或取出电加热炉，摆脱了传统直外反应管从电加热炉升温伊始便要接入电加热炉的症结，避免了电加热炉升温过程对重金属蒸发及吸附剂性质产生影响；通过预先对电加热炉进行温度控制，营造出重金属蒸发与进行吸附反应所需的温度气氛后，再接入U型外反应管，可实现重金属与固态吸附剂在设定温度场同时接入电加热炉并即刻发生吸附反应，能在很大程度上提高实验测得的吸附剂在指定温度下的吸附效率精度；(2)本专利技术的装置通过自动升降设备控制U型外反应管的取放，可实现对吸附反应时间的精确控制，从而可探究不同温度气氛下吸附剂对重金属蒸汽本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，包括可密封的U型外反应管以及电加热炉，所述U型外反应管的两管口分别设置进气口和出气口，进气口侧的管体内自上而下为重金属蒸发区和吸附反应区，其中，重金属蒸发区内设有重金属承载架、且进气口固定设有用于悬挂重金属承载架的挂钩，吸附反应区内固定设有盛装固态吸附剂的吸附剂管；所述电加热炉包括上、下两组电加热器及热电偶温控，分别用于实现重金属蒸发区和吸附反应区所需温度。/n
【技术特征摘要】
1.一种固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，包括可密封的U型外反应管以及电加热炉，所述U型外反应管的两管口分别设置进气口和出气口，进气口侧的管体内自上而下为重金属蒸发区和吸附反应区，其中，重金属蒸发区内设有重金属承载架、且进气口固定设有用于悬挂重金属承载架的挂钩，吸附反应区内固定设有盛装固态吸附剂的吸附剂管；所述电加热炉包括上、下两组电加热器及热电偶温控，分别用于实现重金属蒸发区和吸附反应区所需温度。
2.根据权利要求1所述的固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，还包括自动升降设备，该自动升降设备与U型外反应管固定连接、以便U型外反应管的随时取放。
3.根据权利要求2所述的固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，所述自动升降设备与U型外反应管通过防扭钢丝固定连接。
4.根据权利要求2所述的固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，所述U型外反应管的两直管段上固定套设有一圆盘，该圆盘的尺寸大于电加热炉炉腔口径，用于对U型外反应管限位、防止其抖动；所述自动升降设备与圆盘固定连接。
5.根据权利要求4所述的固态吸附剂捕集重金属蒸汽装置，其特征在于，还包括安装在电加热炉炉口的隔板，该隔板为环形，用于密封电加热炉并承载所述圆盘。
【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚继，李志远，樊聪慧，于梦竹，曹歌瀚，王新宇，张臻荣，刘洋，杨晓域，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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