一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法

專利名稱：一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法
技術領域：
本發明屬于介孔賦硫活性炭技術領域。具體涉及一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制 備方法。
背景技術：
賦硫活性炭是一種表面結構中含有大量硫官能團的活性炭。利用含硫官能團能與重金屬 元素或貴金屬元素反應生成穩態硫化物特性而開發的表面吸附技術，可應用于工業煙氣脫滎、 重金屬廢水治理和貴金屬濕法冶煉。現有賦硫活性炭的制備方法，主要利用原生富硫炭資源 直接活化生產賦硫活性炭(H.C. His, S.G.. Chen, M.R. Abadi， M丄Rood， C.F. Richardson, T.R. Carey and R. Chang, "Preparation and evaluation of coal derived activated carbons for removal of mercury vapor from simulated coal combustion flue gases", Energy & Fuels 1998, 12, 1061-1070; R. DiPanfilo, N.O. Egiebor, Activated carbon production from synthetic crude coke, Fuel Processing Technology 46 (1996) 157-169; S.H. Lee, Y.J. Rhim， S.P. Cho， J丄Baek, Carbon-based novel sorbent for removing gas-phase mercury, Fuel 85 (2006) 219-226)或利用市售活性炭與含硫 化合物反應人工賦硫的技術制備賦硫活性炭。富硫炭資源直接活化生產賦硫活性炭主要采用
物理活化法制備，活化劑一般采用水蒸汽、C02或S02等。利用市售活性炭與含硫化合物進
行表面化學反應，在結構中直接植入含硫表面官能團，可制備賦硫活性炭。用做硫源的化合
物主要有硫L磺蒸汽(J.A. Korpiel and R.D. Vidic, Effect of sulfur impregnation method on activated carbon uptake of gas phase mercury, Environmental Science and Technology, 31 (1997) 2319-2325;硫化氫(W.G.. Feng, S. Kwon, X. Feng, E. Borguet, R.D. Vidic, SulfUr impregnation on activated carbon fibers through H2S oxidation for vapor phase mercury removal, Journal of Environmental 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 from aqueous, solution on heat treated and sulfurzed activated carbon, Water Resources 32, No. 1(1998) 1-4)禾口硫化鈉(K. Ranganathan and N. Balasubramunian, Testing of sulfide loaded activated carbon for uptake of Hg2+ from aqueous solution, Eng. Life Sci. 2(2002) 5: 127-129)等。賦硫技術是采用液相浸漬，氣相冷凝或氣相吸附并輔以300 700。C熱處理而完成賦硫過程。采用硫磺 蒸汽賦硫是采用硫蒸汽在活性炭表面上冷凝的方法制備，這種直接蒸汽冷凝的方法，可以使 活性炭獲得很高的含硫量( 30%),但由于硫磺會凝結在微孔的孔口，使活性炭比孔容和比 表面積減小，微孔深處活性點的作用不能得到充分發揮。而且由于硫多以8元環形態存在， 能與汞等重金屬原子反應的硫原子數目較少。采用液相浸漬法，需要熱處理和洗滌，使制備 工藝路線伸長還涉及含硫污水污染控制問題。采用氣相吸附法也是在低溫下吸附然后在高溫 下熱處理，也存在有害氣體的污染控制的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種介孔容積分率和比表面積較大、吸附容量和吸附速率較高，硫 污染小的用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是以成品活性炭為母炭，以含S02的混合氣 體為氣源，在混合氣體的體積流率與母炭質量之比為5~30 : 1 m3/min/kg和溫度為300 850°C 條件下反應0.5~5小時，制得介孔賦硫活性炭。
所述的成品活性炭的主要性能是比表積為150 2500m々g和介孔容積分率為10~85%; 所述的含S02的混合氣體或為冶煉煙氣或為S02和N2的混合氣體，其主要化學成分是S02 體積分率為1~100%， 02小于5%， H20低于0.5%。
由于采用上述技術方案，本發明以現有的成品活性炭為母炭，該活性炭的孔結構具有微 孔分布特征，對一些可能受擴散傳質控制的吸附動力學體系，過程速率可通過擴大微孔結構
來得以改善，所以制備介孔賦硫活性炭有助于提高脫汞吸附速率。S02可以與熱炭反應生成
硫磺，所以賦硫工藝引起硫污染可能性較小。
另外，本發明以S02為硫源，在溫度為300 850"C范圍內，使活性炭與S02發生表面反 應，生成含硫表面官能團，同時使活性炭的部分微孔擴展為介孔，得到介孔賦硫活性炭。所 制備的介孔賦硫活性炭硫含量可達1~30%、介孔容積分率占40~100%、產率為45~75%、比 表面積為170~2000m2/g。
因此，本發明具有介孔容積分率和比表面積較大，吸附容量和吸附速率較高，以及硫污 染小的特點。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明做作進一步的描述，并非對保護范圍的限制。實例l
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以冶煉煙氣為氣 源，在冶煉煙氣的體積流率與母炭質量之比為5 10 : 1 m3/min/kg和溫度為300~550°C條件下 反應3.5 5小時，制得介孔賦硫活性炭。
本實施例中的成品活性炭的主要性能是比表積為150~670m2/g，介孔容積分率15~35%; 冶煉煙氣的主要化學成分為S02體積分率為50~100%， 02小于5%， &0低于0.5%。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為65 75%，比表面積為170 620m2/g，介孔容積 分率40~75%，含硫量為6 10%。 實例2
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以冶煉煙氣為氣 源，在冶煉煙氣的體積流率與母炭質量之比為10~20: 1 m3/min/kg和溫度為550~650°C條件 下反應2.5 3.5小時，制得介孔賦硫活性炭。
所述的成品活性炭的主要性能是比表積為670~1530m2/g，介孔容積分率35~50%;冶 煉煙氣的主要化學成分為S02體積分率為30~50%， 02小于5%， H2O低于0.5。/。。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為55~65%，比表面積為620~1450m2/g，介孔容 積分率80~100%，含硫量為6~10%。
實例3
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以冶煉煙氣為氣 源，在冶煉煙氣的體積流率與母炭質量之比為20-30 : 1 m3/min/kg和溫度為650~850°C條件 下反應2.5 3.5小時，制得介孔賦硫活性炭。
所述的成品活性炭的主要性能是比表積為1530~2500m2/g，介孔容積分率50~85%;冶 煉煙氣的主要化學成分為S02體積分率為1~30%， 02小于5%， &0低于0.5%。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為50~60%，比表面積為1500~2000m2/g，介孔容 積分率80~100%，含硫量為1 6%。
實例4
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以為S02和N2
的混合氣體為氣源，在S02和N2的混合氣體的體積流率與母炭質量之比為5 10 : lm3/min/kg 和溫度為300 550°C條件下反應3.5~5小時，制得介孔賦硫活性炭。
5本實施例中的成品活性炭主要性能是比表積為300~500m2/g，介孔容積分率10~25%; S02和N2的混合氣體主要化學成分為S02體積分率為50~100%， 02小于5%， H20低于0.5%。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為60~70%，比表面積為180~550m2/g，介孔容 積分率40~60%，含硫量為10~30%。
實例5
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以S02和N2的混
合氣體為氣源，在S02和N2的混合氣體的體積流率與母炭質量之比為10~20 : 1 m3/min/kg和 溫度為550~650°C條件下反應2.5 3.5小時，制得介孔賦硫活性炭。
所述的成品活性炭的主要性能是比表積為500~870m2/g，介孔容積分率25~30%; S02 和N2的混合氣體的主要化學成分為S02體積分率為30~50%， 02小于5%， H20低于0.5%。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為55~65%，比表面積為500~900m2/g， 介孔容 積分率50~70%，含硫量為15~30%。
實例6
一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法，以成品活性炭為母炭，以冶煉煙氣為氣 源，在冶煉煙氣的體積流率與母炭質量之比為20-30 : 1 m3/min/kg和溫度為650~850°C條件 下反應0.5 2.5小時，制得介孔賦硫活性炭。
所述的成品活性炭的主要性能是比表積為870~1200m2/g，介孔容積分率30~50%;冶 煉煙氣的主要化學成分為S02體積分率為1~30%， 02小于5%， H2O低于0.5。/。。
本實施例制備的介孔賦硫活性炭的產率為45~60%，比表面積為850~1200m2/g，介孔容 積分率80~100%，含硫量為1~6%。
本具體實施方式
由于采用的成品活性炭的孔結構具有微孔分布特征，過程速率可通過擴
大微孔結構來得以改善，所以制備介孔賦硫活性炭有助于提高脫汞吸附速率。由于S02可以
與熱炭反應生成硫磺，允許直接采用高濃冶煉煙氣為硫源，賦硫活化過程硫污染具可控性。 另外，本具體實施方式
以S02為硫源，在溫度為300 850"C范圍內，使活性炭與S02發生表 面反應，生成含硫表面官能團，同時使活性炭的部分微孔擴展為介孔，得到介孔賦硫活性炭， 其硫含量可達1-30%,介孔容積分率占40-100%，產率為45 75%，比表面積為170~2000m2/g。
因此，本具體實施方式
具有介孔容積分率和比表面積較大，吸附容量和吸附速率較高， 以及硫污染小的特點。
權利要求
1、一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭的制備方法，其特征在于以成品活性炭為母炭，以含SO2的混合氣體為氣源，在混合氣體的體積流率與母炭質量之比為5～30∶1m3/min/kg和溫度為300～850℃條件下反應0.5～5小時，制得介孔賦硫活性炭。
2、 根據權利要求1所述的用于脫汞的介孔賦硫活性炭的制備方法，其特征在于所述的成 品活性炭的主要性能是比表積為150~2500m2/g，介孔容積分率為10~85%。
3、 根據權利要求1所述的用于脫汞的賦硫介孔活性炭的制備方法，其特征在于所述的含S02的混合氣體或為冶煉煙氣或為S02和N2的混合氣體，其主要化學成分是S02體積分率為1 100%， 02小于5%， 1120低于0.5%。
4、 根據權利要求1~3項中任一項所述的用于脫汞的賦硫介孔活性炭的制備方法所制備的 用于脫汞的賦硫介孔活性炭。
全文摘要
本發明涉及一種用于脫汞的介孔賦硫活性炭及其制備方法。所采用的技術方案是以成品活性炭為母炭，以含SO₂的混合氣體為氣源，在混合氣體的體積流率與母炭質量之比為5～30∶1m³/min/kg和溫度為300～850℃條件下反應0.5～5小時，制得介孔賦硫活性炭。其中成品活性炭的主要性能是比表積為150～2500m²/g和介孔容積分率10～85％；含SO₂的混合氣體或為冶煉煙氣或為SO₂和N₂的混合氣體。所制備的介孔賦硫活性炭硫含量可達1～30％、介孔容積占40～100％、產率為45～75％、比表面積為170～2000m²/g。本發明具有介孔容積分率和比表面積較大、吸附容量和吸附速率較高以及硫污染小的特點。
文檔編號C01B31/08GK101428796SQ200810197620
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者童仕唐 申請人:武漢科技大學