负载型多孔炭材料及其制备方法与其在烟气脱砷的应用技术

本发明专利技术提供了一种负载型多孔炭材料及其制备方法与其在烟气脱砷的应用，该负载型多孔炭材料的制备方法，包括以下步骤：将淀粉溶于水中搅拌形成淀粉溶液；将淀粉溶液置于反应釜中进行水热反应，得到水热焦；将水热焦煅烧并活化后得到多孔炭；将多孔炭浸渍于硝酸铁溶液中，干燥后进行热处理即得负载型多孔炭材料。本发明专利技术的负载型多孔炭材料的制备方法，采用生物质为载体原料，成本低廉；采用等体积浸渍法负载铁，清洁环保；与现有制备工艺方式相比，本发明专利技术的多孔炭材料的制备方法简单可靠、节能环保，可以制备高品质的负载型多孔炭吸附剂，作为烟气中砷吸附剂的应用时脱砷性能高，且具有良好的抗SO2和水蒸气中毒性能，具有很好的工业应用前景。业应用前景。业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
负载型多孔炭材料及其制备方法与其在烟气脱砷的应用


[0001]本专利技术涉及烟气污染物脱除
，尤其涉及一种负载型多孔炭材料及其制备方法与其在烟气脱砷的应用。

技术介绍

[0002]砷是一种有毒的大气污染物，对生态环境和人类健康造成了极大的威胁。近年来我国垃圾焚烧造成的砷排放量急剧增大，研究表明2010年我国由于垃圾焚烧而排放进入大气的砷为2003年的10倍。此外，燃煤电厂是大气中砷最大的人为排放源之一。目前美国环保局(EPA)设定的燃煤电厂重金属排放标准要求现存火电机组的砷排放量需低于2.6μg/m3，新建机组必须低于0.4μg/m3。而我国目前暂无燃煤电厂砷的排放标准。考虑到我国火电机组的巨大基数以及部分煤种砷元素含量较高的现状，需要格外关注砷污染问题。与此同时，在金属冶炼领域，铜等金属矿物原料中也含有砷元素，冶金过程中的砷排放和治理已经成为影响环境和经济的重要因素。综上所述，工业烟气的砷排放污染已经成为亟待解决的环境问题，亟需开发高效、经济、环境友好的砷控制技术。
[0003]在垃圾焚烧、煤燃烧以及金属冶炼过程中，大部分的砷进入到高温烟气中，气态砷主要以氧化态(As2O3)形式存在，烟气中的As2O3由于其挥发性较高等原因，较难被现有的空气污染控制设备脱除，还会造成SCR催化剂的中毒。排放到大气中的As2O3对人体和环境产生巨大危害，因此，As2O3的脱除是工业烟气砷排放控制最大挑战之一。目前，已有一些材料被用于As2O3脱除的研究，主要包括钙基吸附剂、金属氧化物、碳基材料等。然而，以上吸附剂普遍存在活性位少、砷吸附能力低等问题。
[0004]近年来，负载型吸附剂由于活性组分分散度高、比表面积大等优点受到了越来越多的关注，在工业烟气脱砷方面具有广阔的应用前景。现有技术公开了一种核壳结构的砷吸附剂，其中披露了可采取磁性纳米氧化铁、间二甲苯、甲醛混合反应，高温炭化后负载铁盐和铈盐，最后进行高温煅烧得到负载铁铈氧化物的核壳结构砷吸附剂。现有技术还公开了一种改性铁基砷吸附剂，其中披露了可采取金属盐、草酸以及氢氧化钠配置浸渍溶液，浸渍在活性氧化铝表面后高温煅烧得到砷吸附剂。
[0005]然而，进一步的研究表明，上述现有技术方案仍然存在以下的缺陷或不足：首先，上述吸附剂的制备流程较为复杂，需要进行多步反应，难以实现大规模生产；此外，上述吸附剂的砷吸附容量较低，且没有考虑吸附剂抗HCl和H2O等烟气组分影响的能力，难以满足垃圾焚烧等多种工业烟气条件下的实际应用需求；最后，上述吸附剂制备工艺中使用了较多有毒有害的活性剂和改性剂，不仅增加了成本，而且容易对环境造成污染。针对目前的负载型吸附剂存在的技术问题，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种负载型多孔炭材料及其制备方法与烟气脱砷的应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种负载型多孔炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将淀粉溶于水中搅拌后形成淀粉溶液；
[0009]将淀粉溶液置于反应釜中进行水热反应，得到水热焦；
[0010]将水热焦煅烧并活化后得到多孔炭；
[0011]将多孔炭浸渍于硝酸铁溶液中，超声混合均匀后干燥，将干燥后的多孔炭进行热处理即得适用于烟气脱砷的负载型多孔炭材料。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，将干燥后的多孔炭进行热处理后还包括：利用低温等离子体在空气气氛、电压为10～50KV下，对热处理后的多孔炭改性处理1～60min。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，所述淀粉溶液的质量分数为5～40％。
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，所述水热反应的反应温度为150～210℃、反应时间为6～24h。
[0015]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，将水热焦煅烧并活化后得到多孔炭，具体为：将水热焦置于管式炉中，于氮气气氛下从室温升温至400～800℃，炭化0.5～4h；继续升温至900～1100℃，并在二氧化碳气氛下活化拓孔0.5～4h，最后在氮气气氛降温至室温即得多孔炭。
[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，将多孔炭浸渍于硝酸铁溶液中，超声混合均匀后干燥，将干燥后的多孔炭进行热处理即得适用于烟气脱砷的负载型多孔炭材料。具体为：采用硝酸铁配置硝酸铁溶液，将多孔炭等体积浸渍于硝酸铁溶液中，超声混合30～90min后干燥，将干燥后的多孔炭在氮气气氛下热处理即得适用于烟气脱砷的负载型多孔炭材料。
[0017]进一步优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，热处理的温度为400～600℃、时间为2～5h。
[0018]进一步优选的，所述的负载型多孔炭材料的制备方法，所述硝酸铁溶液的质量分数为5～40％。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种负载型多孔炭材料，采用所述的制备方法制备得到。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的负载型多孔炭材料在脱除垃圾焚烧电厂烟气、燃煤电厂烟气、金属冶炼烟气中砷的用途。
[0021]本专利技术的一种负载型多孔炭材料的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术的负载型多孔炭材料的制备方法，充分考虑了载体比表面积以及活性组分种类等影响吸附剂性能的因素，对负载型多孔炭进行了研究和设计，采用生物质为载体原料，成本低廉、来源广泛；采用等体积浸渍法负载铁，避免产生多余的金属盐溶液，清洁环保；与现有的制备工艺方式相比，本专利技术的适用于烟气脱砷的负载型多孔炭材料的制备方法，简单可靠、便于操控、节能环保，可以制备高品质的负载型多孔炭吸附剂；
[0023](2)本专利技术的负载型多孔炭材料的制备方法，将硝酸铁负载在多孔炭材料表面，经热处理后得到均匀分布的Fe2O3，在吸附剂表面形成大量反应活性位，增大了砷与铁氧化物的接触面积，促进吸附剂对砷的化学吸附，使砷以稳定的砷酸盐的形式固定在吸附剂上，发
生反应如下：
[0024]Fe2O3+As2O3→
2FeAsO3[0025]Fe2O3+As2O3+O2→
2FeAsO4[0026](3)本专利技术的负载型多孔炭材料的制备方法，在多孔炭材料表面引入了金属以外的活性组分，通过采用低温等离子体改性方法将氧官能团引入材料表面，将金属氧化物与氧官能团对砷的吸附能力相结合，进一步改善了材料表面性能，氧官能团不仅可以作为活性位点直接吸附砷，也可以促进砷在铁氧化物吸附位上的氧化，提高材料的脱砷性能，等离子体处理条件为空气气氛、常温常压，处理时间短、效率高、成本低、且不影响材料固有性能，避免使用昂贵和具有污染性的改性剂；
[0027](4)本专利技术的负载型多孔炭材料的制备方法，低温等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型多孔炭材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将淀粉溶于水中搅拌后形成淀粉溶液；将淀粉溶液置于反应釜中进行水热反应，得到水热焦；将水热焦煅烧并活化后得到多孔炭；将多孔炭浸渍于硝酸铁溶液中，超声混合均匀后干燥，将干燥后的多孔炭进行热处理即得适用于烟气脱砷的负载型多孔炭材料。2.如权利要求1所述的负载型多孔炭材料的制备方法，其特征在于，将干燥后的多孔炭进行热处理后还包括：利用低温等离子体在空气气氛、电压为10～50KV下，对热处理后的多孔炭改性处理1～60min。3.如权利要求1所述的负载型多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉溶液的质量分数为5～40％。4.如权利要求1所述的负载型多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为150～210℃、反应时间为6～24h。5.如权利要求1所述的负载型多孔炭材料的制备方法，其特征在于，将水热焦煅烧并活化后得到多孔炭，具体为：将水热焦置于管式炉中，于氮气气氛下从室温升温至400～800℃，炭化0.5～4h；继...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶，吴大卫，杨应举，张艾嘉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：