CN105344223B - 一种多污染物一体化脱除的多效复合液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种多污染物一体化脱除的多效复合液，包括如下质量百分比的组分，0.5～2％的FeCl3固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体，2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，1～6％的Ca(OH)2固体，其余为0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液。优选的，按质量百分比计，还包括0.5～3％的KMnO4固体。本发明利用碱性的复合液使得二噁英在脱除过程中进行脱氯反应，将苯环上的氯被羟基取代，同时配合复合液中的氧化反应，在氧化剂作用下打开苯环，开环后生成的小分子有机物及片段不稳定，大部分会氧化生成水和二氧化碳，实现对二噁英的脱除；通过氧化剂的协同配合一体化脱除SO2、NO、HCl、汞等污染物。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染物的一体化脱除领域，具体为一种多污染物一体化脱除的多效复合液及其制备方法。
背景技术
我国的能源结构决定了以煤为主的能源消费结构，燃煤释放了大量污染物，如粉尘、SO2、SO3、NOx、汞、氟化物、氯化物等。
随着我国的城市化和经济的快速发展，城市生活垃圾成为我国突出存在的环境问题，2004年中国超越美国成为最大的固废生产国。卫生填埋、堆肥、焚烧是三种主要的垃圾处理方式。焚烧是一种更合理、有效的垃圾处理方式。但垃圾焚烧会对环境造成二次污染，与燃煤烟气相比，垃圾焚烧废气中污染物的组成更为复杂，如含有SO2、NOX、HCl、HF、PAH、VOC以及剧毒重金属和二噁英(PCDD/PCDFs)等。
剧毒污染物汞排放到大气中后，就会造成严重的危害。在微生物的作用下汞转变生成一种毒性比汞更强的甲基汞，可以通过生物富集作用，通过食物链积累到达人体内，由于汞对含硫化合物的高度亲和能力，它在进入生物体后，可以破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成，由此引起肝脏和肾脏损害甚至衰竭等各种严重后果。此外汞也是一种神经毒素，可以累积在大脑组织中，导致人体运动失调、语言障碍等。此外，甲基汞通常以人体的神经***作为目标组织，甚至可以通过母体影响胎儿的神经***，使出生婴儿有智能发育障碍、运动机能受损、流涎等脑性小儿麻痹样症状。
二噁英类污染物是一类具有强烈致癌、致畸、致突变(三致作用)的有毒物质，它的毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。即使在很微量的情况下，长期摄取时便可引起癌症等顽症，国际癌症研究中心已将它列为人类一级致癌物。
目前，燃煤电厂和垃圾焚烧的烟气净化设施由除尘、除酸、除二噁英等多个独立***串联组成，存在着占地面积大、***和工艺复杂、投资和运行成本高等缺点。并且在二噁英净化时都采用的是活性炭吸附，然后对活性炭进行密封填埋处理，成本高，操作较难；同时也无法对以上所述的各种物质进行一体化脱除。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高效、低成本的可一体化脱除SO2、NO、二恶英、汞等污染物的复合液。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明一种多污染物一体化脱除的多效复合液，包括如下质量百分比的组分，0.5～2％的FeCl3固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体，2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，1～6％的Ca(OH)2固体，其余为0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液。
优选的，按质量百分比计，还包括0.5～3％的KMnO4固体。
进一步，包括如下质量百分比的组分，1％的FeCl3固体，1％的FeSO4·7H2O固体，4％的质量浓度为30％的H2O2溶液，1％的KMnO4固体，3％的Ca(OH)2固体，其余为1mol/L的亚氯酸钠溶液。
本发明一种多污染物一体化脱除的多效复合液的制备方法，包括如下步骤，以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5～2％的FeCl3固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体和2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40～70℃，并保持恒温搅拌0.5～2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1～6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间。
本发明一种多污染物一体化脱除的多效复合液的制备方法，包括如下步骤，以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5～2％的FeCl3固体，0.5～3％的KMnO4固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体和2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40～70℃，并保持恒温搅拌0.5～2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1～6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用碱性的复合液使得二噁英在脱除过程中进行脱氯反应，将苯环上的氯被羟基取代，同时配合复合液中的氧化反应，在氧化剂作用下打开苯环，开环后生成的小分子有机物及片段不稳定，大部分会氧化生成水和二氧化碳，实现对二噁英的脱除；并且在碱性环境下，烟气中的SO2可与ClO2 -、H2O2发生反应，氧化生成SO3 2-，SO4 2-，硫酸根、亚硫酸根与浆液中的Ca2+反应生成CaSO3和CaSO4沉淀；NO通过复合液中的强氧化性物质来氧化脱除，单质汞的脱除通过多种氧化剂的配合，将单质汞氧化为易溶于水的Hg2+，可以直接被溶液吸收；其中的H2O2在分解过程中产生OH自由基中间体，OH自由基氧化性极强，可以在短时间内将液相中的Hg0氧化成Hg2+，最终生成HgO；通过氧化剂之间的协同作用，保证NO的氧化脱除率在85％以上，SO2氧化脱除率可达98％以上，HCl脱除率可达90％以上，单质汞脱除率可达96％以上，二恶英脱除率可达90％以上。本发明制备简单，原料易得，价格便宜，应用价值高；通过多污染物同时脱除使其配套的设备占地面积小、操作维护简单、污染控制装置一体化高度集成等优势。得到的高效、低成本的可一体化脱除SO2、NO、HCl、二恶英、汞等污染物的复合液，对我国经济尚不发达的实情非常有利。
进一步的，通过加入的KMnO4，使其与另外两种氧化剂实现协同氧化作用的同时，提高了氧化效果和反应速率以及脱除效果。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明多效复合液脱除二噁英的机理主要是二噁英脱除过程中同时存在脱氯反应(反应式1～4)和氧化反应(反应式5)，苯环上的氯被羟基取代后，与氧化剂反应并打开苯环。开环后生成的小分子有机物及片段不稳定，大部分会氧化生成水和二氧化碳。
C12H4O2Cl4+OH-→C12H4O2(OH)Cl3+Cl- (1)
C12H4O2Cl3+OH-→C12H4O2(OH)Cl2+Cl- (2)
C12H4O2Cl2+OH-→C12H4O2(OH)Cl+Cl- (3)
C12H4O2Cl+OH-→C12H4O2(OH)+Cl- (4)
C12H4O2(OH)+M→CO2+H2O (5)
M为脱除反应中的氧化剂(主要为ClO2和ClO2 -)
在碱性环境下，烟气中的SO2可与KMnO4、ClO2 -、H2O2发生反应，氧化生成SO3 2-，SO4 2-，硫酸根、亚硫酸根与浆液中的Ca2+反应生成CaSO3和CaSO4沉淀，具体见反应式6～11。
SO2(g)+H2O→2H++SO3 2- (6)
2SO2+ClO2 -+2H2O→2H2SO4+Cl- (7)
SO2+2MnO4 -+2H2O→SO4 2-+4H++2MnO4 2- (8)
SO3 2-+Ca2+→CaSO3 (9)
SO4 2-+Ca2+→CaSO4 (10)
CaSO3+1/2O2→CaSO4 (11)
NO主要靠复合液中的强氧化性物质来氧化脱除，本专利提供的复合液氧化性较强，含有ClO2 -、KMnO4、H2O2三种氧化剂，这样保证了NO的氧化脱除效率在85％以上。
烟气中的NO会与ClO2 -发生反应的机理是NO被氧化为亚硝酸根和硝酸根，见反应式12～14。
4NO+ClO2 -+4OH-→4NO2 -+Cl-+2H2O (12)
2NO+ClO2 -+2OH-→2NO2 -+ClO-+H2O (13)
2NO2 -+ClO2 -→2NO3 -+Cl- (14)
碱性溶液中的KMnO4和H2O2也可以作为氧化剂，将NO氧化为NO2 -和NO3 -的混合物。H2O2在Fe2+催化作用下分解产生反应溶液中起氧化作用的物质主要是羟基自由基(·OH)，将NO氧化而成的NO2 -和NO3 -，具体反应方程式见15～18。
NO+KMnO4+2OH-→MnO4 2-+NO2 -+H2O (15)
MnO4 -+NO→MnO2+NO3 - (16)
Fe2+ surf+H2O2→Fe3+ surf+·OH+OH- (17)
Fe3+ surf+H2O2→Fe2 surf+·OOH+H+ (18)
单质汞的脱除主要靠ClO2 -、KMnO4、H2O2三种氧化剂，将单质汞氧化为易溶于水的Hg2+，可以直接被溶液吸收。H2O2在分解过程中产生·OH自由基中间体，·OH自由基氧化性极强，可以在短时间内将液相中的Hg0氧化成Hg2+，最终生成HgO。具体反应式见19～22：
2Hg0+ClO2 -+2H2O→2Hg2++4OH-+Cl- (19)
Hg0+·OH→·HgOH (20)
·HgOH+·OH→Hg(OH)2 (21)
Hg(OH)2→HgO+H2O (22)
具体的多效复合液及其配制方法如下所述。
实例1
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取1％的FeCl3固体，1％的FeSO4·7H2O固体和4％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到1mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到60℃，并保持恒温搅拌1小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为3％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例2
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.8％的FeCl3固体，0.5％的FeSO4·7H2O固体，1％的KMnO4固体，和3％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.5mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到50℃，并保持恒温搅拌1小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为2％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例3
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5％的FeCl3固体，0.5％的FeSO4·7H2O固体，0.5％的KMnO4固体，和2％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40℃，并保持恒温搅拌0.5小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例4
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取1.5％的FeCl3固体，1.5％的FeSO4·7H2O固体，2％的KMnO4固体，和5％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到1.5mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到60℃，并保持恒温搅拌1.5小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为5％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例5
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取2％的FeCl3固体，2％的FeSO4·7H2O固体，3％的KMnO4固体，和6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到70℃，并保持恒温搅拌2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例6
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取1％的FeCl3固体，1％的FeSO4·7H2O固体，1％的KMnO4固体，和4％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到1mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到50℃，并保持恒温搅拌1小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为3％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例7
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.8％的FeCl3固体，0.5％的FeSO4·7H2O固体和3％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.5mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到50℃，并保持恒温搅拌1小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为2％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例8
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5％的FeCl3固体，0.5％的FeSO4·7H2O固体和2％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40℃，并保持恒温搅拌0.5小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例9
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取1.5％的FeCl3固体，1.5％的FeSO4·7H2O固体和5％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到1.5mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到60℃，并保持恒温搅拌1.5小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为5％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
实例10
以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取2％的FeCl3固体，2％的FeSO4·7H2O固体和6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到70℃，并保持恒温搅拌2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间；得到多污染物一体化脱除的多效复合液。
Claims (5)
1.一种多污染物一体化脱除的多效复合液，其特征在于，包括如下质量百分比的组分，0.5～2％的FeCl3固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体，2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，1～6％的Ca(OH)2固体，其余为0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的一种多污染物一体化脱除的多效复合液，其特征在于，按质量百分比计，还包括0.5～3％的KMnO4固体。
3.根据权利要求2所述的一种多污染物一体化脱除的多效复合液，其特征在于，包括如下质量百分比的组分，1％的FeCl3固体，1％的FeSO4·7H2O固体，4％的质量浓度为30％的H2O2溶液，1％的KMnO4固体，3％的Ca(OH)2固体，其余为1mol/L的亚氯酸钠溶液。
4.一种多污染物一体化脱除的多效复合液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5～2％的FeCl3固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体和2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40～70℃，并保持恒温搅拌0.5～2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1～6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间。
5.一种多污染物一体化脱除的多效复合液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，以所需制备的复合液的质量百分比计，分别取0.5～2％的FeCl3固体，0.5～3％的KMnO4固体，0.5～2％的FeSO4·7H2O固体和2～6％的质量浓度为30％的H2O2溶液，全部加入到0.2～2mol/L的亚氯酸钠溶液中，加热到40～70℃，并保持恒温搅拌0.5～2小时；在搅拌的同时，加入质量百分比为1～6％的Ca(OH)2固体，调节pH值至7～10之间。
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