一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂及其制备方法，采用马尾松造纸黑液提取的木质素通过碳化活化后得到木质素活性炭，将木质素活性炭溶于锌盐溶液，添加铁盐溶液、表面活性剂反应0.5～2h，随后使用一定浓度的碱溶液滴定混合超声反应2～4h，使用高压反应釜控制温度为100～200℃反应8～24h制得铁锌基木质素活性炭脱硫剂，该脱硫剂制备工艺流程简单，脱硫效果良好，铁锌基复合木质素活性炭提高了活性炭脱硫的精度，能耐高温。采用造纸黑液提取的木质素原来，真正意义上实现变废为宝，具有实际的使用价值和社会价值。

说明书

技术领域

本发明涉及金属盐改性活性炭的制备方法，尤其是一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法。

背景技术

目前烟气脱硫剂主要有三种方式：一是燃烧固硫法，其方法是在煤中加入一定量的固硫剂，使煤在燃烧时生成的二氧化硫与固硫剂反应，生成硫酸盐与炉渣一起排出，这种方法成本较高；另一种方法是湿法脱硫，主要采用喷淋法，利用碱性水溶液吸收烟气中的二氧化硫，这种方法用水量大，脱硫后产物难处理，易产生二次污染，投资成本高，占地面积大和设备所需的防腐要求高；还有一种方法是活性炭吸附法，该方法活性炭的使用周期较短，再生较为复杂且脱硫效率低，进行水洗耗水量大，还易造成二次污染，并且活性炭价格较高，使得脱硫成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效脱除废气中的SO₂、SO₃、H₂S、有机硫等，并且脱硫精度和耐高温性能优良的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂及其制备方法。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂，其由如下重量份的组分组成：

木质素活性炭 100～300份；

锌盐溶液 55～75份；

铁盐溶液 100～140份；

表面活性剂 1～15份；

碱溶液 50～80份。

进一步，所述的木质素活性炭由如下组分进行制得：

马尾松造纸黑液 300～450份；

浓磷酸 50～80份。

优选的，所述马尾松造纸黑液的固含量为45%～60%。

进一步，所述的锌盐溶液为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、草酸锌、柠檬酸锌中的至少一种混合而成。

进一步，所述的铁盐溶液为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、柠檬酸铁、草酸铁中的至少一种混合而成。

进一步，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠中的至少一种混合而成。

进一步，所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、石灰水中的至少一种混合而成。

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1.木质素活性炭的制备：按计量称取马尾松造纸黑液，并加入浓磷酸进行混合，再将混合溶液体系温度调节至55～90℃进行恒温反应8~16h后，将混合溶液置于管式炉中，使混合溶液在氮气的气氛下以400～800℃的温度进行煅烧碳化5~10h后，即可制得木质素活性炭；

S2.复合反应：按计量称取上述制得的木质素活性炭并将其溶于锌盐溶液中，然后再依序添加铁盐溶液和表面活性剂进行混合反应0.5～2h，反应完成后，将混合溶液加入到超声波设备中进行超声混合反应2～4h，在超声混合过程中使用碱溶液对超声波设备中的混合溶液进行滴定，超声混合反应结束后，即可制得中间产物；

S3. 铁锌基木质素活性炭水热合成反应：将上述S2制得的产物加入到高压反应釜中以100～200℃的温度进行反应8～24h，然后将产物滤出并利用无水乙醇进行洗涤后，再将洗涤后的产物置于真空干燥装置中，以75～120℃的温度进行真空干燥至产物恒重，即可制得铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂。

进一步，所述步骤S3制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的比表面积为540～1243m²/g。

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的应用，将所述的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂应用在高温燃煤烟气中的SO₂的脱除。

采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：

（1）由于当前造纸过程中产生的造纸黑液利用率不到1%，本发明方案通过利用造纸黑液作为制备木质素活性炭的碳源，不仅来源广泛而且还节约了木材和竹炭资源，在增加了经济效益的前提下，还能够达到废物再循环利用和保护环境的效果；

（2）采用铁锌基复合木质素活性炭，通过碱性金属化合物能够迅速彻底的进行脱硫，并且将铁锌基复合木质素活性炭作为脱硫剂可以有效的脱除废气中的SO₂、SO₃、H₂S、有机硫等，并且采用铁锌基复合木质素活性炭能够提高活性炭的脱硫精度和提高活性炭的耐高温性能。

具体实施方式

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂，其由如下重量份的组分组成：

木质素活性炭 100～300份；

锌盐溶液 55～75份；

铁盐溶液 100～140份；

表面活性剂 1～15份；

碱溶液 50～80份。

进一步，所述的木质素活性炭由如下组分进行制得：

马尾松造纸黑液 300～450份；

浓磷酸 50～80份。

优选的，所述马尾松造纸黑液的固含量为45%～60%。

进一步，所述的锌盐溶液为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、草酸锌、柠檬酸锌中的至少一种混合而成。

进一步，所述的铁盐溶液为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、柠檬酸铁、草酸铁中的至少一种混合而成。

进一步，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠中的至少一种混合而成。

进一步，所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、石灰水中的至少一种混合而成。

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1.木质素活性炭的制备：按计量称取马尾松造纸黑液，并加入浓磷酸进行混合，再将混合溶液体系温度调节至55～90℃进行恒温反应8~16h后，将混合溶液置于管式炉中，使混合溶液在氮气的气氛下以400～800℃的温度进行煅烧碳化5~10h后，即可制得木质素活性炭；

S2.复合反应：按计量称取上述制得的木质素活性炭并将其溶于锌盐溶液中，然后再依序添加铁盐溶液和表面活性剂进行混合反应0.5～2h，反应完成后，将混合溶液加入到超声波设备中进行超声混合反应2～4h，在超声混合过程中使用碱溶液对超声波设备中的混合溶液进行滴定，超声混合反应结束后，即可制得中间产物；

S3. 铁锌基木质素活性炭水热合成反应：将上述S2制得的产物加入到高压反应釜中以100～200℃的温度进行反应8～24h，然后将产物滤出并利用无水乙醇进行洗涤后，再将洗涤后的产物置于真空干燥装置中，以75～120℃的温度进行真空干燥至产物恒重，即可制得铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂。

进一步，所述步骤S3制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的比表面积为540～1243m²/g。

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的应用，将所述的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂应用在高温燃煤烟气中的SO₂的脱除。

实施例1

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1.木质素活性炭的制备：取300份固含量为45%的马尾松造纸黑液，按6:1的投料比加入50份浓磷酸进行混合，再将混合溶液体系温度调节至55℃进行恒温反应8h后，将混合溶液置于管式炉中，使混合溶液在氮气的气氛下以400℃的温度进行煅烧碳化5h后，即可制得木质素活性炭；

S2.复合反应：取300份上述制得的木质素活性炭并将其溶于55份硝酸锌溶液中，然后再依序添加100份硝酸铁溶液和1份十二烷基苯磺酸钠进行混合反应0.5h，反应完成后，将混合溶液加入到超声波设备中进行超声混合反应2h，在超声混合过程中使用80份氢氧化钠对超声波设备中的混合溶液进行滴定，超声混合反应结束后，即可制得中间产物；

S3.铁锌基木质素活性炭水热合成反应：取104份上述S2制得的中间产物加入到高压反应釜中以100℃的温度进行反应8h，然后将产物滤出并利用无水乙醇进行洗涤后，再将洗涤后的产物置于真空干燥装置中，以75℃的温度进行真空干燥至产物恒重，即可制得铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂。

性能测试

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂进行比表面积检测，经检测所得比表面积结果为790m²/g。

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂用合成空气带入石英反应器中，与模拟烟气充分混合，其中模拟烟气中SO₂的含量为1000ppm，用SO₂分析仪监测反应器出口烟气中SO₂的含量变化，最终测试得到本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂对SO₂所能吸附的硫容为340mg/g。

实施例2

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1.木质素活性炭的制备：取420份固含量为60%的马尾松造纸黑液，按7:1的投料比加入60份浓磷酸进行混合，再将混合溶液体系温度调节至70℃进行恒温反应16h后，将混合溶液置于管式炉中，使混合溶液在氮气的气氛下以600℃的温度进行煅烧碳化10h后，即可制得木质素活性炭；

S2.复合反应：取200份上述制得的木质素活性炭并将其溶于60份醋酸锌溶液中，然后再依序添加130份草酸铁溶液和8份十六烷基三甲基溴化铵进行混合反应1h，反应完成后，将混合溶液加入到超声波设备中进行超声混合反应3h，在超声混合过程中使用60份氨水溶液对超声波设备中的混合溶液进行滴定，超声混合反应结束后，即可制得中间产物；

S3.铁锌基木质素活性炭水热合成反应：取62份上述S2制得的中间产物加入到高压反应釜中以150℃的温度进行反应16h，然后将产物滤出并利用无水乙醇进行洗涤后，再将洗涤后的产物置于真空干燥装置中，以100℃的温度进行真空干燥至产物恒重，即可制得铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂。

性能测试

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂进行比表面积检测，经检测所得比表面积结果为1243m²/g。

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂用合成空气带入石英反应器中，与模拟烟气充分混合，其中模拟烟气中SO₂的含量为1000ppm，用SO₂分析仪监测反应器出口烟气中SO₂的含量变化，最终测试得到本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂对SO₂所能吸附的硫容为432mg/g。

实施例3

一种铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1.木质素活性炭的制备：取450份固含量为55%的马尾松造纸黑液，按5.6:1的投料比加入80份浓磷酸进行混合，再将混合溶液体系温度调节至90℃进行恒温反应12h后，将混合溶液置于管式炉中，使混合溶液在氮气的气氛下以800℃的温度进行煅烧碳化8h后，即可制得木质素活性炭；

S2.复合反应：取100份上述制得的木质素活性炭并将其溶于75份硫酸锌溶液中，然后再依序添加140份硫酸铁溶液和15份十二烷基磺酸钠进行混合反应2h，反应完成后，将混合溶液加入到超声波设备中进行超声混合反应4h，在超声混合过程中使用50份氢氧化钾溶液对超声波设备中的混合溶液进行滴定，超声混合反应结束后，即可制得中间产物；

S3.铁锌基木质素活性炭水热合成反应：取190份上述S2制得的中间产物加入到高压反应釜中以200℃的温度进行反应24h，然后将产物滤出并利用无水乙醇进行洗涤后，再将洗涤后的产物置于真空干燥装置中，以120℃的温度进行真空干燥至产物恒重，即可制得铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂。

性能测试

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂进行比表面积检测，经检测所得比表面积结果为540m²/g。

将本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂用合成空气带入石英反应器中，与模拟烟气充分混合，其中模拟烟气中SO₂的含量为1000ppm，用SO₂分析仪监测反应器出口烟气中SO₂的含量变化，最终测试得到本实施例制得的铁锌基复合木质素活性炭脱硫剂对SO₂所能吸附的硫容为269mg/g。

其中上述实施例的锌盐溶液还可以选用硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、草酸锌、柠檬酸锌中的至少一种混合进行替代使用；铁盐溶液还可以选用氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、柠檬酸铁、草酸铁中的至少一种混合进行替代使用；表面活性剂还可以为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠中的至少一种混合进行替代使用；碱溶液可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、石灰水中的至少一种混合进行替代使用。

以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。