[发明专利]含氮活性炭吸附剂和使用其的方法

说明书

本发明涉及含氮的活性炭吸附剂。在各种实施方式中，本发明提供了包含卤素或卤化物促进的活性炭的活性炭吸附剂，活性炭吸附剂颗粒在吸附剂颗粒的表层包含氮。在各种实施方式中，本发明提供了使用活性炭吸附剂来降低包含污染物的气体中污染物含量的方法。在各种实施方式中，所述活性炭吸附剂可比其它吸附剂更有效地从包含硫(VI)例如SO₃的含汞气体中除去汞。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月6号提交的美国临时专利申请系列号61/773,549的优选权的权益，其公开内容在此经引用以其全部内容并入本文。

发明背景

因为汞的毒性和生物累积的能力，汞(Hg)排放已成为健康和环境问题。美国国家环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency) (EPA)已颁布法规用于控制来自废物再生能源(waste-to-energy)、水泥生产和烧煤发电厂的汞排放。来自工业来源(如发电厂)的烟道气中的汞可被吸附剂例如活性炭捕获，所述吸附剂随后可由微粒分离设备除去。供应市场需要大量的标准吸附剂(如活性炭)。标准吸附剂不总是有效的，且随着使用的量增大变得更加昂贵。

当硫(VI) (如SO₃，H₂SO₄)存在于气流中时，可发生通过活性炭吸附剂从气流中捕获汞的抑制作用，在更高的浓度下，抑制作用增强。硫(VI)摩尔浓度在3 ppm以上的汞捕获受到限制。许多公用工程希望在约5-6 ppm的最小值操作SO₃注射系统以改善灰分可回收性。但是，约6 ppm的硫(VI)浓度可使元素汞捕获减少约25%-50%或更多。介于这种减少，经济节约地获得所需的汞水平变得困难，如果不是不可能的话。当硫(VI)浓度增加如此小的量时，存在汞吸附的严重抑制的原因的科学理解是有限的。

发明内容

在各种实施方式中，本发明提供了活性炭吸附剂。所述活性吸附剂包含卤素或卤化物促进的碳。所述活性炭包含含氮的活性炭吸附剂颗粒。在吸附剂颗粒表层中的氮的浓度至少是以下情况之一1)高于在吸附剂颗粒核中的氮的浓度和2)高于在从其中获得吸附剂颗粒的碳材料中的氮的浓度。

在各种实施方式中，本发明提供了制备活性炭吸附剂的方法。所述方法包括使含碳物质与含氮物质接触，以提供含氮的未促进的碳吸附剂。所述方法还包括通过使未促进的吸附剂的一部分与促进剂接触来促进至少一部分未促进的吸附剂，以形成包含含氮的活性炭吸附剂颗粒的活性炭吸附剂，其中在吸附剂颗粒中的氮的浓度高于在含碳物质中的氮的浓度。

在各种实施方式中， 本发明提供了用于从含汞气体中除去汞的活性炭吸附剂。所述活性炭吸附剂包括卤素或卤化物促进的无机活性炭颗粒，在吸附剂颗粒的表层包含氮。氮原子以足够的浓度在活性炭吸附剂颗粒的表层以达到以下目的中的至少之一：a) 与在基本相似的条件下，在相应颗粒表层中包含更少的氮或基本不含氮的相应活性炭吸附剂相比较，减少活性炭吸附剂中的碳正离子通过HSO₃^1-或SO₃^2-的中和，和b) 与在基本相似的条件下，在相应颗粒表层中包含更少的氮或基本不含氮的相应活性炭吸附剂相比较，至少部分阻止活性炭中的碳正离子与HSO₃^1-或SO₃^2-形成离子键。

在各种实施方式中，本发明提供了减少包含污染物的气体中的污染物含量的方法。所述方法包括获得或提供包括活性炭吸附剂颗粒的活性炭吸附剂，在吸附剂颗粒表层包含氮。所述方法包括使包含污染物的气体与活性炭吸附剂接触。所述接触形成污染物-吸附剂组合物。所述方法还包括从包含污染物的气体中分离出至少一些污染物-吸附剂组合物。所述分离产生分离的气体。