[發明專利]用于制備合成蒙脫石礦物質的高剪切方法

有效

• 申請號: 201080026175.X
• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN102802763A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: Z·王
• 申請（專利權）人: 安柯國際有限公司
• 主分類號: B01D53/02
• 分類號: B01D53/02;B01D53/64;B01D53/86;B01D53/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

相關申請的交叉引用

本申請要求提交于2009年6月16日的美國申請12/485,561的優先權，其全部內容引用在本文中。

發明領域

本發明涉及組合物，組合物的制備方法，從氣流(例如天然氣)、工業煙囪以及類似物中用組合物移除汞(有機汞，Hg，Hg⁺；和/或Hg⁺²)的方法。組合物，“汞移除介質”，特別用于移除從燃煤發電廠排出的煙道氣中的汞。Hg移除介質包括一種均一的、優選剪切后的組合物，這種組合物包括一種層狀頁硅酸鹽，硫，和銅，形成一種銅/硫/粘土材料。銅與粘土陽離子發生離子交換，硫與離子交換過的和游離的銅發生反應，通過各種機理的共同作用形成一種結合頁硅酸鹽的銅硫化物相。

背景和現有技術

從燃煤以及燃油發電廠中排放汞已經成為一大值得注意的環境問題。汞(Hg)是一種強效的神經毒素，能在非常低的濃度下對人體健康產生影響。在美國，最大的汞排放源是燃煤發電廠。這些燃煤發電廠在美國占據了三分之一到二分之一的總體汞排放量。

汞的排放主要由燃燒煤噴出的煙道氣(廢氣)造成。Hg在煙道氣中主要有三種基本形態：元素Hg、氧化Hg，和結合顆粒的汞。

目前，減少燃煤及燃油發電廠中汞的排放最常用的方法是向煙道氣中注射顆粒狀活性碳。所述活性碳提供了一種高表面積材料以供汞的吸附以及結合顆粒的汞的積聚。將活性碳加入煙道氣的缺點是活性碳會保留在粉煤灰廢氣中。從燃煤發電廠中提取的粉煤灰經常被加入混凝土中，此時活性碳的存在對性能有不利影響。

另一種減少Hg排放的方法是加入與汞發生反應的化學物質以化學吸附元素Hg和氧化Hg。一類能夠與Hg發生化學反應的材料是金屬硫化物。美國專利No.6,719,828教導了層狀吸附劑(如粘土，其中金屬硫化物在粘土層之間)的制備過程。用于制備層狀吸附劑的方法基于一種離子交換過程，這種過程將基質選擇限制于那些具有高離子交換能力的基質。此外，所公開的離子交換費時，包括的若干個濕法步驟嚴重損害了再生能力、性能、可量測性、設備需求，和吸附劑成本。吸附劑的制備過程，依照美國專利No.6,719,828的教導，包括將一種粘土溶脹在一種酸化的溶液中，加入一種金屬鹽溶液使金屬離子在粘土層中發生交換，過濾離子交換后的粘土，將粘土在溶液中重新分散，加入硫化物溶液以硫化粘土，以及最終過濾并干燥材料。在美國專利No.6,719,828中公開的方法的另一個缺點是離子交換反應的副產物的環境債務，即是說，金屬離子的廢棄溶液和生成的硫化氫。

已公布的美國專利申請No.11/291,091教導了金屬硫化物/膨潤土復合物的制備過程，用于移除煙道氣流中的汞。該申請中教導了兩種方法，一種初期的濕法和一種固態反應性研磨方法，用于制備復合物。這些方法的類似之處在于，銅鹽與膨潤土粘土相混合，然后加入硫化鹽。這些方法的不同之處在于加入硫化鹽的方法。在第一種方法中，硫化鹽通過“初期濕法”工序加入，其中硫化鹽溶于水中，以水溶液的形式加入銅/粘土混合物中；在第二種方法中，硫化鹽通過一種“固態反應性研磨”方法加入，其中水合硫化鹽與含水的銅/粘土混合物一起研磨。該申請進一步教導了，初期濕法和固態研磨方法與美國專利No.6,719,828的“濕法”不同，因為銅離子與膨潤土粘土的陽離子之間沒有離子交換反應。該申請中制得的材料的復合物性質由顆粒X射線衍射譜圖所證實，X射線衍射譜圖提供了生成銅藍(CuS)的證據，銅藍與美國專利No.6,719,828中制備的硫化銅一致。

雖然美國申請No.11/291,091聲稱沒有離子交換反應，但是銅鹽和膨潤土粘土很容易通過離子交換形成非常穩定的銅/粘土組合物。查閱丁，Z.(Ding，Z.)和R.L.服羅斯托(R.L.Frost)的“銅在蒙脫土上吸附的熱研究”(Thermochimica?Acta，2004，416，11-16)。對這些組合物的分析證實了層間離子交換(插層)和銅鹽的邊緣吸附。查閱El-靶托提(El-Batouti)等人的“在Na-蒙脫土粘土礦物質上的銅離子交換的動力學及熱力學研究”(J.Colloid?and?Interface?Sci.2003，259，223-227)。