一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法。所采用的技术方案是：以成品活性炭为母炭，以含SO2的混合气体为气源，在混合气体的体积流率与母炭质量之比为5～30∶1m3/min/kg和温度为300～850℃条件下反应0.5～5小时，制得介孔赋硫活性炭。其中：成品活性炭的主要性能是比表积为150～2500m2/g和介孔容积分率10～85％；含SO2的混合气体或为冶炼烟气或为SO2和N2的混合气体。所制备的介孔赋硫活性炭硫含量可达1～30％、介孔容积占40～100％、产率为45～75％、比表面积为170～2000m2/g。本发明具有介孔容积分率和比表面积较大、吸附容量和吸附速率较高以及硫污染小的特点。

权利要求

1.一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭的制备方法，其特征在于以成品活性炭为母炭，以3

含SO2的混合气体为气源，在混合气体的体积流率与母炭质量之比为5～30∶1m/min/kg和温度为300～850℃条件下反应0.5～5小时，制得介孔赋硫活性炭；

2

所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为150～2500m/g，介孔容积分率为10～

85％；

所述的含SO2的混合气体或为冶炼烟气或为SO2和N2的混合气体，其主要化学成分是：SO2体积分率为1～100％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

2.根据权利要求1所述的用于脱汞的赋硫介孔活性炭的制备方法所制备的用于脱汞的赋硫介孔活性炭。

说明书

一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于介孔赋硫活性炭技术领域。具体涉及一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法。

[0002] 技术背景

[0003] 赋硫活性炭是一种表面结构中含有大量硫官能团的活性炭。利用含硫官能团能与重金属元素或贵金属元素反应生成稳态硫化物特性而开发的表面吸附技术，可应用于工业烟气脱汞、重金属废水治理和贵金属湿法冶炼。现有赋硫活性炭的制备方法，主要利用原生富硫炭资源直接活化生产赋硫活性炭(H.C.His，S.G..Chen，M.R.Abadi，M.J.Rood，C.F.Richardson，T.R.Carey and R.Chang，“Preparation and evaluation of coal derived activated carbons for removal ofmercury vapor from simulated coal combustion flue gases”，Energy&Fuels1998，12，1061-1070；R.DiPanfilo，N.O.Egiebor，Activated carbon production from synthetic crude coke，FuelProcessing Technology 46(1996)157-169；S.H.Lee，Y.J.Rhim，S.P.Cho，J.I.Baek，Carbon-basednovel sorbent for removing gas-phase mercury，Fuel85(2006)219-226)或利用市售活性炭与含硫化合物反应人工赋硫的技术制备赋硫活性炭。富硫炭资源直接活化生产赋硫活性炭主要采用物理活化法制备，活化剂一般采用水蒸汽、CO2或SO2等。利用市售活性炭与含硫化合物进行表面化学反应，在结构中直接植入含硫表面官能团，可制备赋硫活性炭。用做硫源的化合物主要有硫磺蒸汽(J.A.Korpiel and R.D.Vidic，Effect of sulfur impregnation method onactivated carbon uptake of gas phase mercury，Environmental Science and Technology，31(1997)2319-2325；
硫 化 氢 (W.G..Feng，S.Kwon，X.Feng，E.Borguet，R.D.Vidic，Sulfur impregnationon activated carbon fibers through H2S oxidation for vapor phase mercury removal，Journal ofEnvironmental Engineering，132，No.3(2006)292-300；V.Gome-Serrano，A.Macias-Garcia，A.Espinosa-Mansilla and C.Valenzuela-Calahorro，Adsorption of mercury，cadmium and lead fromaqueous.solution on heat treated and sulfurzed activated carbon，Water Resources32，No.1(1998)1-4)和硫化钠(K.Ranganathan and N.Balasubramunian，Testing of sulfide loaded activatedcarbon for uptake of
2+
Hg from aqueous solution，Eng.Life Sci.2(2002)5：127-129)等。赋硫技术是采用液相浸渍，气相冷凝或气相吸附并辅以300～700℃热处理而完成赋硫过程。采用硫磺蒸汽赋硫是采用硫蒸汽在活性炭表面上冷凝的方法制备，这种直接蒸汽冷凝的方法，可以使活性炭获得很高的含硫量(～30％)，但由于硫磺会凝结在微孔的孔口，使活性炭比孔容和比表面积减小，微孔深处活性点的作用不能得到充分发挥。而且由于硫多以8元环形态存在，能与汞等重金属原子反应的硫原子数目较少。采用液相浸渍法，需要热处理和洗涤，使制备工艺路线伸长还涉及含硫污水污染控制问题。采用气相吸附法也是在低温下吸附然后在高温下热处理，也存在有害气体的污染控制的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种介孔容积分率和比表面积较大、吸附容量和吸附速率较高，硫污染小的用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以成品活性炭为母炭，以含SO2的混3
合气体为气源，在混合气体的体积流率与母炭质量之比为5～30∶1m/min/kg和温度为
300～850℃条件下反应0.5～5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0006] 所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为150～2500m2/g和介孔容积分率为10～85％；所述的含SO2的混合气体或为冶炼烟气或为SO2和N2的混合气体，其主要化学成分是：SO2体积分率为1～100％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0007] 由于采用上述技术方案，本发明以现有的成品活性炭为母炭，该活性炭的孔结构具有微孔分布特征，对一些可能受扩散传质控制的吸附动力学体系，过程速率可通过扩大微孔结构来得以改善，所以制备介孔赋硫活性炭有助于提高脱汞吸附速率。SO2可以与热炭反应生成硫磺，所以赋硫工艺引起硫污染可能性较小。

[0008] 另外，本发明以SO2为硫源，在温度为300～850℃范围内，使活性炭与SO2发生表面反应，生成含硫表面官能团，同时使活性炭的部分微孔扩展为介孔，得到介孔赋硫活性炭。所制备的介孔赋硫活性炭硫含量可达1～30％、介孔容积分率占40～100％、产率为2
45～75％、比表面积为170～2000m/g。

[0009] 因此，本发明具有介孔容积分率和比表面积较大，吸附容量和吸附速率较高，以及硫污染小的特点。

具体实施方式

[0010] 下面结合具体实施方式对本发明做作进一步的描述，并非对保护范围的限制。

[0011] 实例1

[0012] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以冶炼烟3
气为气源，在冶炼烟气的体积流率与母炭质量之比为5～10∶1m/min/kg和温度为300～
550℃条件下反应3.5～5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0013] 本实施例中的成品活性炭的主要性能是：比表积为150～670m2/g，介孔容积分率15～35％；冶炼烟气的主要化学成分为：SO2体积分率为50～100％，O2小于5％，H2O低于
0.5％。

[0014] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为65～75％，比表面积为170～620m2/g，介孔容积分率40～75％，含硫量为6～10％。

[0015] 实例2

[0016] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以冶炼3
烟气为气源，在冶炼烟气的体积流率与母炭质量之比为10～20∶1m/min/kg和温度为
550～650℃条件下反应2.5～3.5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0017] 所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为670～1530m2/g，介孔容积分率35～50％；冶炼烟气的主要化学成分为：SO2体积分率为30～50％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0018] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为55～65％，比表面积为620～1450m2/g，介孔容积分率80～100％，含硫量为6～10％。

[0019] 实例3

[0020] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以冶炼3
烟气为气源，在冶炼烟气的体积流率与母炭质量之比为20～30∶1m/min/kg和温度为
650～850℃条件下反应2.5～3.5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0021] 所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为1530～2500m2/g，介孔容积分率50～85％；冶炼烟气的主要化学成分为：SO2体积分率为1～30％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0022] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为50～60％，比表面积为1500～2000m2/g，介孔容积分率80～100％，含硫量为1～6％。

[0023] 实例4

[0024] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以为SO2和3
N2的混合气体为气源，在SO2和N2的混合气体的体积流率与母炭质量之比为5～10∶1m/min/kg和温度为300～550℃条件下反应3.5～5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0025] 本实施例中的成品活性炭主要性能是：比表积为300～500m2/g，介孔容积分率10～25％；SO2和N2的混合气体主要化学成分为：SO2体积分率为50～100％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0026] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为60～70％，比表面积为180～550m2/g，介孔容积分率40～60％，含硫量为10～30％。

[0027] 实例5

[0028] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以SO2和N23
的混合气体为气源，在SO2和N2的混合气体的体积流率与母炭质量之比为10～20∶1m/min/kg和温度为550～650℃条件下反应2.5～3.5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0029] 所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为500～870m2/g，介孔容积分率25～30％；SO2和N2的混合气体的主要化学成分为：SO2体积分率为30～50％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0030] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为55～65％，比表面积为500～900m2/g，介孔容积分率50～70％，含硫量为15～30％。

[0031] 实例6

[0032] 一种用于脱汞的介孔赋硫活性炭及其制备方法，以成品活性炭为母炭，以冶炼3
烟气为气源，在冶炼烟气的体积流率与母炭质量之比为20～30∶1m/min/kg和温度为
650～850℃条件下反应0.5～2.5小时，制得介孔赋硫活性炭。

[0033] 所述的成品活性炭的主要性能是：比表积为870～1200m2/g，介孔容积分率30～50％；冶炼烟气的主要化学成分为：SO2体积分率为1～30％，O2小于5％，H2O低于0.5％。

[0034] 本实施例制备的介孔赋硫活性炭的产率为45～60％，比表面积为850～1200m2/g，介孔容积分率80～100％，含硫量为1～6％。

[0035] 本具体实施方式由于采用的成品活性炭的孔结构具有微孔分布特征，过程速率可通过扩大微孔结构来得以改善，所以制备介孔赋硫活性炭有助于提高脱汞吸附速率。由于SO2可以与热炭反应生成硫磺，允许直接采用高浓冶炼烟气为硫源，赋硫活化过程硫污染具可控性。另外，本具体实施方式以SO2为硫源，在温度为300～850℃范围内，使活性炭与SO2发生表面反应，生成含硫表面官能团，同时使活性炭的部分微孔扩展为介孔，得到介孔