[發明專利]用于除去重金屬，有毒物質和二氧化碳的交聯聚合物-碳吸附劑

無效

• 申請號: 201310528976.1
• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN103721520A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: D·莫漢提
• 申請（專利權）人: 中密歇根大學
• 主分類號: B01D53/02
• 分類號: B01D53/02;B01J20/20;B01J20/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 任宗華

本申請是申請日為2011年2月21日，發明名稱為“用于除去重金屬，有毒物質和二氧化碳的交聯聚合物-碳吸附劑”的中國專利申請No.201180010442.9的分案申請。

背景技術

發明領域

本發明涉及適合于從煙道氣中除去重金屬和有毒污染物并吸收二氧化碳的聚合物-碳吸附劑。更具體地，本發明涉及聚合物-碳吸附劑，它包括固化的含胺聚合物和含碳吸附劑材料，以降低從燃煤發電廠中元素汞和氧化汞及二氧化碳的排放。

相關現有技術的說明

許多重金屬，特別是汞，既有害，又有毒。因此，常常需要從工業工藝周圍，例如氯堿廠，鐵礦石加工，制鋼，采礦操作和電子產品制造操作的空氣物流中除去重金屬，其中包括汞。

汞是全球擔心的一種化學品，具體地是因為它長范圍的環境運送，一旦引入，則持久地在環境中，它能在生態系統中生物累積，且它對人類健康和環境具有巨大的負面影響。汞可存在于液體和氣態的廢物流二者內。氣體物流內的汞提供額外的挑戰，因為金屬汞及其化合物具有揮發性，這導致小量的汞因工業工藝的熱量、焚燒器廢物的燃燒和含汞燃料的燃燒發生蒸發。

提出了數種方法從各種物流中有效地除去汞物質和其他重金屬。這些總的方法尤其包括液體洗滌(scrubbing)技術，均勻的氣相技術，金屬汞齊化(amalgamation)技術，和在不同應用方案中使用各種吸附劑材料的工藝。

從燃煤發電廠中捕獲和分離氣態，元素汞是困難的技術問題，因為所牽涉的氣體體積巨大，在氣體內汞的濃度低，和氣體溫度相對高。汞典型地在煤中以痕量元素形式存在，約0.1ppm重量，但這可在不同類型的煤之間變化。當煤燃燒時，汞會揮發，形成熱力學有利的氣態元素汞,Hg°。在隨后燃燒氣體的冷卻中，與其他燃燒產物相互作用導致一部分元素汞轉化成汞的氣態氧化形式，Hg₂⁺²和Hg⁺²離子。氧化使得汞比較容易在濕法洗滌塔系統中除去，這是因為由氧化的汞形成的大多數化合物是水溶性的，盡管有毒。Hg°難以控制，且可能進入大氣內，這是因為它具有高的蒸汽壓和低的水溶性。小部分Hg°，Hg₂⁺²和Hg⁺²吸附在殘留的粒狀物，例如粉煤灰上，從而形成顆粒鍵合的汞(Hg^p)，它可通過過濾器或者靜電除塵器除去。

氣態和液態除去重金屬的常見實踐是接觸該氣體或液體與固體吸附劑。“吸附劑”是吸收劑(它將重金屬吸引到其內部結構內)；吸附劑(它吸引重金屬并將它們保持在其表面上)；和化學吸附劑(它在吸附劑的表面分子和重金屬物質之間形成化學鍵)在液體或氣體中共同使用的更加通用的術語。吸附劑典型地為顆粒，粉末，或粒狀物形式。具有大面積活性表面的細分或微孔材料是強吸收劑。常見的吸收劑包括活性碳，活化氧化鋁，和硅膠。一些吸附劑由于其尺寸，形狀，孔度或化學處理導致利用大于一種機理除去重金屬。例如，一些吸收劑可用形成將與重金屬物質反應的化學吸附劑的材料處理或改性。

在許多應用中，活性碳是螯合汞蒸氣的有用的吸附劑，且經廣泛地研究以用于煙道氣中。在小規模的氣體工藝中，可在固定床反應器或柱子中使用活性碳。然而，對于具有大體積的熾熱氣體的應用，例如燃煤的發電廠來說，固定床反應器或柱子可具有與大的壓降有關的成本問題，以及固定床或柱子的維護。

開發了許多創新的方法應用汞吸附劑技術到發電用煤燃燒的大規模的氣體物流上。Moller等人的美國專利4,889,698,和Chang的美國專利5,505,766,例如均公開了沿著其行程(journey)經過各個污染控制設備站的點處，注射微細粉化的活性碳(PAC)到煙道氣內。然后通過織物過濾器捕獲PAC。然而，在美國，僅僅約15%的燃煤鍋爐具有這種織物過濾器，所述織物過濾器可使負載汞的煙道氣高程度地傳質通過織物過濾袋上的吸附劑層。另一方面，約65%的美國燃煤電站鍋爐具有靜電除塵器(ESPs)而不是織物過濾器，且沒有用于煙道氣的脫硫系統。ESP構造要求除去飛行中的汞，和在與氣流平行的ESP板上一定量的時間。也就是說，與流經織物過濾器的煙道氣流體相比，ESP構造典型地可獲得較少的傳質除去汞蒸氣。