[发明专利]一种天然硫化矿物基材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种天然硫化矿物基材料、制备方法及其应用。本发明采用简单的一步阴离子交换反应，通过将天然金属硫化矿物在Se^2‑前驱液中浸泡，合成了硒离子包覆的天然硫化矿物，作为新型汞吸附剂；其中：天然金属硫化矿物包含磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、硫锰矿、硫钨矿以及它们的混合物。本发明得到的汞吸附剂作为脱汞媒介在固定床、流化床或者喷射塔内与气相单质汞接触，将气相单质汞转化为稳定的硫化汞。本发明的天然硫化矿物基材料的制备方法原料储备丰富，工艺简单，适用范围广；本发明的天然硫化矿物基材料具有极高的汞吸附容量和吸附速率，将其应用于气相中单质汞的脱除，具有操作简单、效率高、脱汞产物环境友好等优势。

技术领域

本发明属于环境污染防治净化技术领域，具体涉及一种天然硫化矿物基材料、制备方法及其应用。

背景技术

大气汞污染因为其广泛性和高毒性，近几十年来得到全球的关注。根据联合国环境规划署(UNEP)2018年发布的全球汞评估报告，由于工业的迅速发展，因人类活动排放的汞，年排放量在7年内增加了25%。其中，燃煤电厂是最大的人为汞排放源之一，因此，水俣公约将燃煤过程列为汞污染防治的重点之一。

燃煤电厂排放的汞通常包括三种形式，即元素汞(Hg⁰)、氧化汞(Hg²⁺)和颗粒结合汞(Hg^p)。湿法烟气脱硫(WFGD)和颗粒物控制装置(PCD)可高效脱除烟气中的Hg²⁺和Hg^p，而Hg⁰由于其挥发性强、不溶于水，难以有效降解。因此，Hg⁰是燃煤烟气向周围环境排放汞的主要形式。现有的活性炭喷射（ACI）是目前最成熟的烟气脱汞技术，但是其与Hg⁰之间的吸附动力学极其缓慢，操作成本高；活性炭对汞的吸附依赖于物理吸附，存在再排放的风险；大量的碳基吸附剂阻碍了粉煤灰作为混凝土生产原料的重复利用。

具有较高比表面积的纳米硫化矿物被公认为是传统活性炭的有利替代品。纳米硫化矿物表面被活性配体充分覆盖，能够将Hg⁰完全转化为稳定的硫化汞(HgS)。此外，非碳基硫化矿物混合于粉煤灰中不会影响混凝土生产，充分暴露的高活性配体是研制理想Hg⁰吸附剂的关键。然而，一般情况下，高效率的纳米硫化矿物并不是天然生成的，因此必须严格控制合成过程，包括相对复杂的前驱体和表面活性剂，这大大增加了成本，阻碍了其大规模生产及广泛应用。

天然硫化矿物储备丰富，成本低，但是天然硫化矿物的比表面积极小，汞吸附能力差。因此，有必要对天然硫化矿物进行改性处理来有效地去除Hg⁰。考虑到喷射脱汞过程中，吸附剂与烟气的接触时间非常短(5 s)，采用对Hg⁰具有较高亲和力的配体取代表面硫化物可能会大幅提高吸附速率。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可大幅提高脱汞效率的天然硫化矿物基材料、制备方法及其应用。本发明的天然硫化矿物基材料的制备方法成本低，操作简单；天然硫化矿物基材料用作汞吸附剂，可高效、快速脱除气相中的Hg⁰，降低脱汞成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明提供一种天然硫化矿物基材料，其为硒离子包覆的天然金属硫化矿物基材料；

其是通过一步阴离子交换反应，将天然金属硫化矿物在Se^2-前驱液中浸泡后，再固液分离、清洗和干燥得到；其中：天然硫化矿物选自磁黄铁矿Fe_1-xS，黄铁矿FeS₂，闪锌矿ZnS，硫锰矿MnS，硫钨矿WS₂中的一种或几种。