[发明专利]一种聚丙烯中空纤维膜的改性方法及其在废气脱汞中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯中空纤维膜的改性方法以及在废气脱汞中的应用，尤其涉及一种在聚丙烯中空纤维膜膜丝的孔道和表面采用接枝法引入纳米级金属催化剂，来增加氧化剂对废气中Hg⁰脱除效率的方法及应用。本发明属于化工及环保领域。

背景技术

聚丙烯中空纤维膜是超滤膜的一种，中空纤维外径450～460um，内径350～360um，管壁厚50um。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩排除，抗污性中等，可长期连续运行。膜接触器的比表面积大、装填密度高、气液两相接触面积大，将催化剂负载在聚丙烯中空纤维膜膜丝表面和孔道中，可以增加催化剂的比表面积，从而增加氧化反应的反应速率。

我国的煤以褐煤为主，煤中的汞含量为0.1～5.5mg/kg，平均含量为0.22mg/kg，燃煤废气中汞的含量为9～23ug/m³，废气中汞的形态随着燃煤种类的不同有所变化。废煤废气中单质汞(Hg⁰)占总汞的20％，二价汞(Hg²⁺)占总汞的35％，颗粒态汞占总汞的45％；无废煤废气中单质汞大约占65％，二价汞占10％，颗粒态汞占5％；褐煤废气中单质汞占85％，二价汞占10％，颗粒态汞占5％。汞是一种剧毒非必需元素，广泛存在于各类环境介质和食物链中，其踪迹遍布全球各个角落。汞可以在生物体内积累，很容易被皮肤以及呼吸道和消化道吸收。汞破坏中枢神经系统，对口、粘膜和牙齿有不良影响。长时间暴露在高汞环境中可以导致脑损伤和死亡。尽管汞沸点很高，但在室内温度下饱和的汞蒸气已经达到了中毒剂量的数倍。

最常见的废气脱汞技术是吸附法，然而吸附剂难以再生且价格昂贵，极大增加脱汞成本。氧化吸收是一种高效且经济的脱汞方式。H₂O₂是一种很常见并且氧化效果非常好的氧化剂，它分解产生水和氧气，在清除汞污染的同时，不引入新的污染，西安交通大学学者2014年在 Journal of Hazardous Materials上发表一篇文章(Guangwen chen et al.)，使用H₂O₂做氧化剂吸收烟气中的Hg⁰，吸收液中加入离子液体添加剂，脱汞效果达到98％，离子液体价格昂贵，将显著限制这一技术的实际应用。此外，H₂O₂的氧化性能可以被强化，可以通过引入光照、加 Fe催化剂等方法使其产生氧化性更强的羟基自由基，湖南大学学者2013年在Chemical Engineering Journal上发表一篇文章(Fuman Zhan et al.)，使用UV/H₂O₂系统脱除烟气中的汞，在最优的操作条件下，脱汞效率达到98.5％。

中国专利申请CN201410093649.2公开了一种脱汞的吸收液。脱汞吸收液由咪唑类离子液体及双氧水混合而成，其中，咪唑类离子液体与双氧水的质量比9∶10～20。该吸收液无法循环使用且混合液中需要H₂O₂体积分数为37％，极大的增加了成本；而且该吸收液吸收速率过度依赖于脱汞活性组分的化学特性。中国专利申请CN201310497560.8公开了一种铜系脱汞剂的制备方法，将铜浸渍负载在载体上制得脱汞剂。脱汞剂和吸收液一样，不能循环使用，需要大量制备，增加了成本；吸收脱汞的速率依赖于活性组分的化学性质。需要依赖反应器来实现传质的优化。

中国专利申请CN 201410047661.X公开了一种脱汞装置，其反应器类似于板式塔，在板上开孔以供烟气进入和通过，整个装置有很多板，占据较大空间；采用吸附剂包来吸附脱汞，虽然比起喷射粉末吸附剂的方法，避免了吸附剂的颗粒污染，但是吸附剂包很难重复利用，需要频繁更换，固体吸附剂与液体吸收剂的一个很大的差别就在于流动性的差别让液体吸收剂容易实现脱汞操作的连续性，而该装置很难实现脱汞的连续性；同时吸附剂堆积包装在一起，难以保证吸附剂和废气有足够大的接触面积，汞的吸附速率依赖于吸附剂的化学特性。