煙氣汞的改性活性炭吸附劑及其捕集管的制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于煙氣污染物檢測領域，尤其涉及煙氣汞的改性活性炭吸附劑及其捕集管的制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]汞是環境中毒性最強的痕量重金屬元素之一，具有持久性、易迀移性和高度生物積累性，汞污染已經成為目前最受關注的全球性環境問題之一。我國大氣汞排放占全球人為汞排放的30?40%，居世界首位。當前我國政府高度重視汞污染防治工作。但是由于以往對煙氣汞的研究投入不夠，導致基礎研究成果嚴重缺乏，關于煙氣汞的采樣、檢測及控制基本處于空白狀態。現有的采樣檢測方法包括安大略法(OHM)和30B法等。安大略法(OHM)是一種液體吸收法，適用于各種工業煙氣中汞的采樣檢測，檢測數據精確、檢測限低(〈0.5yg/Nm3)，但OHM法所用設備較大，操作比較復雜，需配有專業人員，檢測周期長且檢測費用高。目前，美國環保主管部門已將30B法作為校正采樣檢測方法在實際采樣檢測中得到廣泛的應用。然而，30B法所使用的活性炭采樣管價格昂貴，國內每根采樣管的售價在60?150美元之間，增加了環境監測單位的經濟負擔。
[0003]汞的采樣和檢測是汞污染控制的基礎和前提條件，因此亟需開發一種基于活性炭的煙氣汞采樣管，將其應用于工業煙氣中汞的采樣檢測及監測數據的比對分析之中，為煙氣汞的全面監測工作提供服務，為汞排放的控制和治理提供技術儲備，推進我國大氣汞排放的環境監測與管理。
[0004]中國專利CN87206619公開了一種供壤氣測汞技術中使用的活性炭捕汞管，有外層玻璃管，由具有三個凹環的玻璃管，凹環之間裝有內層玻璃管，凹環兩處分別裝有玻璃棉，玻璃棉間裝有活性炭所構成，其捕集管用于壤氣測汞技術領域，且其中玻璃管構造復雜，增加了捕集管填充的復雜性。
[0005]中國專利CN103721676A公開了一種碘化活性炭及其制備方法與應用，所述方法包括以下步驟:采用酸洗處理方式處理活性炭，之后采用碘化合物對活性炭進行碘化處理，其存在的缺陷是:活性炭的前處理復雜，酸洗容易增加活性炭的不穩定性，導致物理吸附態的汞含量增加，影響最終汞含量的測定結果，且酸洗成本較高，工藝復雜。
[0006]中國專利CN103977763A公開了一種用于氣態汞采樣的高效吸附劑的制備方法，對活性炭的前處理包括去離子水浸泡、酸洗除雜的過程，且碘化時所用碘化試劑種類較多，操作復雜，且申請文件并沒有進一步披露制備得到的活化活性炭的效果。
[0007]國內很多學者對活性炭改性做了一定量的研究，但是還處于起步階段，并且主要集中在改性方法的研究，而對于煙氣汞捕集管的設計研究相對不足，此外，目前報道的改性活性炭主要用于工業煙氣中汞的脫除，現有煙氣捕集管主要依賴于進口成本較高，有必要研制一種成本低廉且檢測結果準確的活性炭捕集管。
【發明內容】
[0008]本發明的第一個目的是針對現有技術存在的缺陷和不足，提供煙氣汞的改性活性炭吸附劑的制備方法，該制備方法操作簡單，制備得到的改性活性炭具有良好的煙氣汞捕集效果。
[0009]所述制備方法具體包括如下步驟:
[0010](I)將20?60目的活性炭用蒸餾水洗滌，烘干備用；
[0011](2)將烘干后的活性炭置于碘化鉀水溶液中，20_30°C條件下攪拌活化，烘干即得。
[0012]為了得到汞捕集效果較佳的改性活性炭，本發明優選強度大的活性炭作為載體，具體可選自椰殼活性炭、煤質活性炭、果殼活性炭、竹制顆粒活性炭或者粉末活性炭中的一種或者至少兩種。
[0013]為了得到效果最佳的改性活性炭，發明人對不同種類活性炭的強度(硬度)進行了測試，發現椰殼活性炭的強度最大，其數值可達96%，優于果殼活性炭(94%)和煤質活性炭(92 % )，因此，本發明所述活性炭最優選為椰殼活性炭。
[OOM]進一步地，采用比表面積為900?I 10mVg的活性炭作為載體時，能夠獲得更加的汞脫除效果。
[0015]優選地，步驟(2)中碘化鉀水溶液中碘化鉀的重量與活性炭的重量比為(0.5-3):100，相應地，碘化鉀的負載量為0.5%?3%。本申請的發明人發現，采用上述方法對活性炭進行改性后，活性炭具有良好的汞脫除能力。當碘化鉀的負載量達到1%左右時，具有最佳的汞脫除能力。因此，本發明優選碘化鉀與活性炭的重量比為(1-1.5): 100，進一步優選為1:100。
[0016]優選地，所述攪拌在300-400轉/min轉速條件下進行2-4h，優選在350轉/min轉速條件下進行3h。
[0017]優選地，步驟(2)中，所述烘干在110-130°C溫度下進行。
[0018]本發明優選的改性活性炭吸附劑的制備方法包括如下步驟:
[0019](I)將20-60目的活性炭用蒸餾水洗滌，烘干備用；
[0020](2)按照碘化鉀水溶液中碘化鉀的重量與活性炭的重量比為(0.5-3):1的比例，將烘干后的活性炭置于碘化鉀水溶液中，在20-30°C，轉速300-400轉/min條件下攪拌2-4h，之后于110-130°C溫度下烘干即得。
[0021]本發明的第二個目的是提供采用上述任意一種方法制備得到的改性活性炭吸附劑。
[0022]本發明在對活性炭進行改性時，前處理只涉及簡單的水洗干燥，與酸洗處理相比，具有操作簡單、成本低廉、穩定性高的優勢;碘化處理時僅使用碘化鉀試劑，且精確控制碘化鉀與活性炭的用量比，使得碘化鉀的負載量達到0.5%?3%，碘化鉀浸漬改性能夠在活性炭上引入新的汞活性位點，當含有汞的煙氣組分進入活性炭的孔道結構時，汞即被捕集。
[0023]本發明的第三個目的是提供一種改性活性炭捕集管，具有如下結構:包括直線型的捕集管本體，所述捕集管本體的長度為160?220mm，內徑為7-9mm，所述捕集管本體的兩端分別設有煙氣入口和煙氣出口，沿煙氣通過方向，所述捕集管本體內依次連續填充有隔離I段，吸附I段，隔離Π段，吸附Π段和隔離m段，所述吸附I段和吸附Π段的填充物改性活性炭吸附劑。
[0024]優選地，吸附I段和吸附Π段的長徑比各自獨立地為2.5?3.5，進一步優選地，吸附I段和吸附Π段的長徑比均為3。
[0025]優選地，所述隔離I段，隔離Π段，隔離m段的填充物均為石英棉，進一步優選三者的填充長度相同且為吸附I段或吸附Π段長度的1/4?1/3。
[0026]優選地，所述捕集管本體內填充物的長度占捕集管總長度的1/3?1/2。
[0027]優選地，所述捕集管本體的材質為石英。
[0028]優選地，所述隔離m段位于所述煙氣出口處。
[0029]優選地，所述煙氣出口的截面積不斷縮小形成一錐形敞口。
[0030]本發明還提供了所述改性活性炭捕集管的最佳結構:包括直線型的捕集管本體，所述捕集管本體的長度為160?220mm，內徑為7-9mm，所述捕集管本體的兩端分別設有煙氣入口和煙氣出口，沿煙氣通過方向，所述捕集管本體內依次連續填充有隔離I段，吸附I段，隔離Π段，吸附Π段和隔離m段；
[0031]其中，吸附I段和吸附Π段的長度相同，其長徑比為2.5?3.5，三個隔離段的長度相同且占吸附段長度的1/4?1/3;
[0032]隔離I段，隔離Π段，隔離m段的填充物均為石英棉，吸附I段和吸附Π段的填充物為碘化鉀改性的活性炭。
[0033]本發明的第四個目的是提供上述任意一種改性活性炭吸附劑或任意一種改性活性炭捕集管在煙氣汞捕集中的應用。
[0034]所述捕集管作為一次性采樣管能夠用于工業鍋爐、工業窯爐、電站煙氣中汞濃度的實時監測，成本低廉，由于工業鍋爐、工業窯爐、電站煙氣中汞的濃度極低，一般為PPb級另IJ，因此對捕集管中改性活性炭的性能要求較高，采用本發明所述的改性活性炭制成的捕集管對汞具有極佳的吸附能力，能夠滿足EPA30B標準的要求。
【附圖說明】
[0035]圖1為改性活性炭捕集管的結構示意圖。
[0036]圖2為實驗例一活性評價結果圖。
[0037]圖1中:1_捕集管本體;101-煙氣入102-煙氣出201-隔離I段;202-吸附I段；203-隔離Π段;204-吸附Π段;205-隔離ΙΠ段。
【具體實施方式】
[0038]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。實施例中涉及到的物質均可市購獲得，涉及到的操作如無特殊說明均為本領域常規操作。
[0039]實施例1碘化鉀負載量I%的改性活性炭的制備方法
[0040](I)將1g 20-60目，比表面積900-1000m2/g的椰殼活性炭用100ml蒸餾水洗滌5次，120°C烘干備用；
[0041 ] (2)取0.1g碘化鉀，加入150ml水，配制成碘化鉀水溶液，然后向碘化鉀水溶液中步驟(I)處理后的活性炭