[发明专利]用于除去汞的组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请据此要求于2011年12月15日提交的、序列号为61/576,126的、相同标题的临时专利申请的权益，该临时专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

背景

金属硫化物通常用于从气体和液体，例如精炼厂产生的天然气流中洗涤汞。制备硫化铜的常见方法是将氧化铜与气态的硫化物，例如硫化氢或氧硫化碳进行反应。

简述

一种用于从气相或液相除去汞的方法，其中包含汞的气相或液相被设置为与包含沉淀的金属硫化物的组合物接触。

一种组合物，其包含沉淀的硫化铜，沉淀的硫化铜通过组合铜源、硫化物源和改性剂以形成沉淀的硫化铜的方法制备。铜源选自硝酸铜、硫酸铜、磷酸铜、乙酸铜、碳酸铜、氢氧化铜、碳酸铜铵和碱式碳酸铜。硫化物源选自硫化氢(H₂S)、氧硫化碳(COS)、硫化物的盐(S^2-)、氢硫化物的盐(HS^-)和多硫化物的盐(S_n^2-)。盐的阳离子选自钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡和铵。改性剂选自氧化铝、二氧化硅、硅铝酸盐、粘土、沸石、碳、水泥、二氧化钛和氧化锆。

这些和其它的目的和优势将从描述中变得明显的。

详细描述

通过氧化铜的气相硫化制备硫化铜包括用碱例如氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐或铵盐来沉淀铜。形成的铜通常是氢氧化铜或碱式碳酸铜，其必须通过高温煅烧来分解。金属硫化物可以以可替代的沉淀程序来制备。沉淀物由过渡金属源和硫化物源形成。尽管两种产物都包含金属和硫，但已发现沉淀的金属硫化物比通过其他方法生产的金属硫化物更好地吸收汞。

与通过其他程序，例如通过煅烧随后硫化处理或已被吸收到载体上的金属盐来形成的金属硫化物相比，通过沉淀形成的金属硫化物的性质被认为具有金属硫化物的不同的形态。作为沉淀物，其可以具有用于汞的吸附的更多的位点、较大的表面积或具有已增强反应性的腔。沉淀的方法典型地在水中进行，但其可以是在醇或其他液体中进行，或其可以是在液体的混合物中进行。在一个实施方案中，过渡金属源和硫化物源两者在液体中都是可溶的。然而，不需要过渡金属源和硫化物源两者都是可溶的。在另一个实施方案中，过渡金属源在液体中是不可溶的而硫化物源在液体中是可溶的。在另一个实施方案中，过渡金属源在液体中是可溶的而硫化物源在液体中是不可溶的。过渡金属源或硫化物源不需要在水中是极易溶解的，微溶的是足够的。

沉淀包括过渡金属源和硫化物源之间的反应，因此形成金属硫化物。产生的金属硫化物在液体中形成沉淀物。不被理论束缚，认为沉淀不包括过渡金属源或硫化物源的还原或氧化。在沉淀之前，不需要过渡金属被结合到载体或其他材料。

金属硫化物可以以多种形式存在。金属和硫可以具有不同的氧化态。这些不同的形式会具有不同的化学性质。沉淀的金属硫化物被认为是其中硫的形式氧化态为-2的金属硫化物。硫化物不被认为是多硫化物，它被认为是金属一硫化物或包括金属一硫化物。在一个实施方案中，沉淀的金属硫化物是一硫化铜。

金属硫化物会从气体或液体中吸附汞。吸附的方法可以通过物理吸附、化学吸附或两者的组合。

在一个实施方案中，一种方法从气相或液相除去汞。包含汞的气相或液相被设置为与沉淀的金属硫化物接触。在另一个实施方案中，沉淀的金属硫化物选自过渡金属硫化物。在另一个实施方案中，沉淀的金属硫化物选自硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化铜、硫化锌、硫化锆、硫化钼、硫化银和硫化金。在另一个实施方案中，金属硫化物包括硫化铜。

金属硫化物从金属源中被沉淀，金属源包括铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、锌盐、锆盐、钼盐、银盐或金盐。在一个实施方案中，金属盐可以选自金属硝酸盐、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属乙酸盐、金属碳酸盐、金属氢氧化物、金属碳酸铵和金属碱式碳酸盐。在一个实施方案中，金属源包括Cu²⁺。在一个实施方案中，金属源包括Cu²⁺且选自硝酸铜、硫酸铜、磷酸铜、乙酸铜、碳酸铜、氢氧化铜、碳酸铜铵和碱式碳酸铜。金属源可以是铜化合物的混合物。