烟气汞的改性活性炭吸附剂及其捕集管的制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于烟气污染物检测领域，尤其涉及烟气汞的改性活性炭吸附剂及其捕集管的制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]汞是环境中毒性最强的痕量重金属元素之一，具有持久性、易迀移性和高度生物积累性，汞污染已经成为目前最受关注的全球性环境问题之一。我国大气汞排放占全球人为汞排放的30?40%，居世界首位。当前我国政府高度重视汞污染防治工作。但是由于以往对烟气汞的研究投入不够，导致基础研究成果严重缺乏，关于烟气汞的采样、检测及控制基本处于空白状态。现有的采样检测方法包括安大略法(OHM)和30B法等。安大略法(OHM)是一种液体吸收法，适用于各种工业烟气中汞的采样检测，检测数据精确、检测限低(〈0.5yg/Nm3)，但OHM法所用设备较大，操作比较复杂，需配有专业人员，检测周期长且检测费用高。目前，美国环保主管部门已将30B法作为校正采样检测方法在实际采样检测中得到广泛的应用。然而，30B法所使用的活性炭采样管价格昂贵，国内每根采样管的售价在60?150美元之间，增加了环境监测单位的经济负担。
[0003]汞的采样和检测是汞污染控制的基础和前提条件，因此亟需开发一种基于活性炭的烟气汞采样管，将其应用于工业烟气中汞的采样检测及监测数据的比对分析之中，为烟气汞的全面监测工作提供服务，为汞排放的控制和治理提供技术储备，推进我国大气汞排放的环境监测与管理。
[0004]中国专利CN87206619公开了一种供壤气测汞技术中使用的活性炭捕汞管，有外层玻璃管，由具有三个凹环的玻璃管，凹环之间装有内层玻璃管，凹环两处分别装有玻璃棉，玻璃棉间装有活性炭所构成，其捕集管用于壤气测汞技术领域，且其中玻璃管构造复杂，增加了捕集管填充的复杂性。
[0005]中国专利CN103721676A公开了一种碘化活性炭及其制备方法与应用，所述方法包括以下步骤:采用酸洗处理方式处理活性炭，之后采用碘化合物对活性炭进行碘化处理，其存在的缺陷是:活性炭的前处理复杂，酸洗容易增加活性炭的不稳定性，导致物理吸附态的汞含量增加，影响最终汞含量的测定结果，且酸洗成本较高，工艺复杂。
[0006]中国专利CN103977763A公开了一种用于气态汞采样的高效吸附剂的制备方法，对活性炭的前处理包括去离子水浸泡、酸洗除杂的过程，且碘化时所用碘化试剂种类较多，操作复杂，且申请文件并没有进一步披露制备得到的活化活性炭的效果。
[0007]国内很多学者对活性炭改性做了一定量的研究，但是还处于起步阶段，并且主要集中在改性方法的研究，而对于烟气汞捕集管的设计研究相对不足，此外，目前报道的改性活性炭主要用于工业烟气中汞的脱除，现有烟气捕集管主要依赖于进口成本较高，有必要研制一种成本低廉且检测结果准确的活性炭捕集管。
【发明内容】
[0008]本发明的第一个目的是针对现有技术存在的缺陷和不足，提供烟气汞的改性活性炭吸附剂的制备方法，该制备方法操作简单，制备得到的改性活性炭具有良好的烟气汞捕集效果。
[0009]所述制备方法具体包括如下步骤:
[0010](I)将20?60目的活性炭用蒸馏水洗涤，烘干备用；
[0011](2)将烘干后的活性炭置于碘化钾水溶液中，20_30°C条件下搅拌活化，烘干即得。
[0012]为了得到汞捕集效果较佳的改性活性炭，本发明优选强度大的活性炭作为载体，具体可选自椰壳活性炭、煤质活性炭、果壳活性炭、竹制颗粒活性炭或者粉末活性炭中的一种或者至少两种。
[0013]为了得到效果最佳的改性活性炭，发明人对不同种类活性炭的强度(硬度)进行了测试，发现椰壳活性炭的强度最大，其数值可达96%，优于果壳活性炭(94%)和煤质活性炭(92 % )，因此，本发明所述活性炭最优选为椰壳活性炭。
[OOM]进一步地，采用比表面积为900?I 10mVg的活性炭作为载体时，能够获得更加的汞脱除效果。
[0015]优选地，步骤(2)中碘化钾水溶液中碘化钾的重量与活性炭的重量比为(0.5-3):100，相应地，碘化钾的负载量为0.5%?3%。本申请的发明人发现，采用上述方法对活性炭进行改性后，活性炭具有良好的汞脱除能力。当碘化钾的负载量达到1%左右时，具有最佳的汞脱除能力。因此，本发明优选碘化钾与活性炭的重量比为(1-1.5): 100，进一步优选为1:100。
[0016]优选地，所述搅拌在300-400转/min转速条件下进行2-4h，优选在350转/min转速条件下进行3h。
[0017]优选地，步骤(2)中，所述烘干在110-130°C温度下进行。
[0018]本发明优选的改性活性炭吸附剂的制备方法包括如下步骤:
[0019](I)将20-60目的活性炭用蒸馏水洗涤，烘干备用；
[0020](2)按照碘化钾水溶液中碘化钾的重量与活性炭的重量比为(0.5-3):1的比例，将烘干后的活性炭置于碘化钾水溶液中，在20-30°C，转速300-400转/min条件下搅拌2-4h，之后于110-130°C温度下烘干即得。
[0021]本发明的第二个目的是提供采用上述任意一种方法制备得到的改性活性炭吸附剂。
[0022]本发明在对活性炭进行改性时，前处理只涉及简单的水洗干燥，与酸洗处理相比，具有操作简单、成本低廉、稳定性高的优势;碘化处理时仅使用碘化钾试剂，且精确控制碘化钾与活性炭的用量比，使得碘化钾的负载量达到0.5%?3%，碘化钾浸渍改性能够在活性炭上引入新的汞活性位点，当含有汞的烟气组分进入活性炭的孔道结构时，汞即被捕集。
[0023]本发明的第三个目的是提供一种改性活性炭捕集管，具有如下结构:包括直线型的捕集管本体，所述捕集管本体的长度为160?220mm，内径为7-9mm，所述捕集管本体的两端分别设有烟气入口和烟气出口，沿烟气通过方向，所述捕集管本体内依次连续填充有隔离I段，吸附I段，隔离Π段，吸附Π段和隔离m段，所述吸附I段和吸附Π段的填充物改性活性炭吸附剂。
[0024]优选地，吸附I段和吸附Π段的长径比各自独立地为2.5?3.5，进一步优选地，吸附I段和吸附Π段的长径比均为3。
[0025]优选地，所述隔离I段，隔离Π段，隔离m段的填充物均为石英棉，进一步优选三者的填充长度相同且为吸附I段或吸附Π段长度的1/4?1/3。
[0026]优选地，所述捕集管本体内填充物的长度占捕集管总长度的1/3?1/2。
[0027]优选地，所述捕集管本体的材质为石英。
[0028]优选地，所述隔离m段位于所述烟气出口处。
[0029]优选地，所述烟气出口的截面积不断缩小形成一锥形敞口。
[0030]本发明还提供了所述改性活性炭捕集管的最佳结构:包括直线型的捕集管本体，所述捕集管本体的长度为160?220mm，内径为7-9mm，所述捕集管本体的两端分别设有烟气入口和烟气出口，沿烟气通过方向，所述捕集管本体内依次连续填充有隔离I段，吸附I段，隔离Π段，吸附Π段和隔离m段；
[0031]其中，吸附I段和吸附Π段的长度相同，其长径比为2.5?3.5，三个隔离段的长度相同且占吸附段长度的1/4?1/3;
[0032]隔离I段，隔离Π段，隔离m段的填充物均为石英棉，吸附I段和吸附Π段的填充物为碘化钾改性的活性炭。
[0033]本发明的第四个目的是提供上述任意一种改性活性炭吸附剂或任意一种改性活性炭捕集管在烟气汞捕集中的应用。
[0034]所述捕集管作为一次性采样管能够用于工业锅炉、工业窑炉、电站烟气中汞浓度的实时监测，成本低廉，由于工业锅炉、工业窑炉、电站烟气中汞的浓度极低，一般为PPb级另IJ，因此对捕集管中改性活性炭的性能要求较高，采用本发明所述的改性活性炭制成的捕集管对汞具有极佳的吸附能力，能够满足EPA30B标准的要求。
【附图说明】
[0035]图1为改性活性炭捕集管的结构示意图。
[0036]图2为实验例一活性评价结果图。
[0037]图1中:1_捕集管本体;101-烟气入102-烟气出201-隔离I段;202-吸附I段；203-隔离Π段;204-吸附Π段;205-隔离ΙΠ段。
【具体实施方式】
[0038]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及到的物质均可市购获得，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
[0039]实施例1碘化钾负载量I%的改性活性炭的制备方法
[0040](I)将1g 20-60目，比表面积900-1000m2/g的椰壳活性炭用100ml蒸馏水洗涤5次，120°C烘干备用；
[0041 ] (2)取0.1g碘化钾，加入150ml水，配制成碘化钾水溶液，然后向碘化钾水溶液中步骤(I)处理后的活性炭