[发明专利]一种贵金属-碳纳米管三维多孔复合物及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种贵金属‑碳纳米管三维多孔复合物及其制备方法和用途，所述复合物包括贵金属纳米粒子、碳纳米管海绵和用于连接贵金属纳米粒子与碳纳米管海绵的连接层，所述连接层包裹于所述碳纳米管海绵上，所述贵金属纳米粒子负载于连接层上。所述贵金属‑碳纳米管三维多孔复合物孔隙率和比表面积超高，对单质汞的吸附效率高，另外，贵金属与单质汞形成的合金，可通过加热去合金化除去所吸附汞，从而对吸附剂进行回收；所述复合物为三维多孔结构，具有磁性，方便使用和回收。

技术领域

本发明属于纳米材料制备及其应用技术领域，涉及一种贵金属-碳纳米管三维多孔复合物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，大气污染日益严重，逐渐成为环境污染中的主要问题。大气污染中，汞污染是其中的一个重要方面，煤燃烧过程中释放的含汞烟气是大气汞污染物的最主要来源。截止2010年，全球每年通过燃煤烟气向大气中排放汞量约为2000吨，其中我国每年排放汞为500-600吨，居全球之首。大气中的汞可通过沉积作用和水洗作用进入土壤和水体，并进一步通过食物链在人体内聚集，对人体大脑、肾脏、肺部及其他器官产生严重危害。因此，高效清除燃煤烟气中的汞，控制汞污染物的排放，对解决日益严重的环境问题具有极其重要的意义。

燃煤烟气中的汞以单质汞(Hg)，氧化态汞(Hg²⁺)及颗粒状汞(Hg^p)三种形式存在。其中单质汞的含量占到90％以上，而且，单质汞蒸汽压高，不溶于水，是一类很难清除的汞污染物。因此，对燃煤烟气中单质汞的清除，是清除汞污染的关键所在。目前去除单质汞主要采用活性炭吸附，但吸附容量不高。虽然将活性炭通过表面化学改性可以在一定程度上提高其吸附容量，但是并不能改变活性炭吸附速率慢、化学稳定性不高、选择性差和不易分离等不足。近年来，人们发现金属氧化物可以催化氧化单质汞，并且具有较高的热稳定性。但是该类吸附剂比表面积小，吸附容量不高。而且，在高温使用时，燃煤烟灰中大量存在的SO₂、HCl、NO_x等会与吸附材料发生化学反应，使金属氧化物变成对应的含氧酸盐，从而失去吸附活性。最后，单质汞吸附在材料表面以难以分解的HgO形式存在，使吸附材料再生困难。

负载型贵金属复合材料是目前被认为最有应用价值的单质汞吸附材料，它对单质汞的吸附主要是基于单质汞可以与贵金属(Au、Ag、Cu、Pd)形成稳定的合金。与其它汞吸附材料相比，贵金属复合吸附材料具有如下优点：

1)贵金属与单质汞之间有较强的相互作用，如Hg与Pd、Au、Ag、Cu的结合能依次为-0.84eV、-0.35eV、-0.38eV和-0.55eV，室温下单质汞就可以与贵金属形成稳定的合金。所以，贵金属吸附材料对汞有更快的吸附速度和更高的吸附效率，而贵金属纳米粒子用于吸附单质汞，容易团聚，较短的时间内即会失去活性。

2)贵金属具有一定的化学惰性，可以在一定程度上抗燃煤烟气中SO₂、HCl、NO_x等共存气体的干扰，对单质汞吸附具有良好的选择性。

3)汞-贵金属合金易在高温下分解，方便单质汞回收及吸附材料再生，使吸附材料可多次循环利用。

贵金属修饰的碳纳米材料在吸附单质汞时较其他材料有更明显提高，并且受SO₂、NO_x、CO₂等共存气体的影响很小。将材料加热后可以对所吸附单质汞完全释放，实现吸附材料的再生。

文献报道通过将碳纳米管与硝酸银直接混合，并于240℃加热的方法制备了Ag-碳纳米管复合物，该复合物对单质汞具有良好的吸附性能(G.Q.Luo,Energy Fuels,2010,24,419-426)。但是，该材料中Ag在碳纳米管上的负载很不均匀，影响了材料的吸附性能；另外，该材料为粉末结构，吸附汞结束后，吸附材料由于其微观尺寸，不易与燃煤烟灰分离，易造成二次污染。

发明内容