一种利用氯离子活化过一硫酸盐的液相氧化脱汞方法

技术领域

本发明涉及一种含零价汞气体的液相氧化脱汞方法，特别涉及一种利用氯离子活化过一硫酸盐的液相氧化脱汞方法，属于汞污染控制及减排技术领域。

背景技术

烟气中零价汞难以被现有的烟气除尘、脱硫、脱硝脱除，是汞物种中最难除去的一种。而排放到大气中的零价汞能参与大气循环，具有持久性，累积性，迁移性和高生物毒性等特性，为全球广泛关注的环境污染物之一。2017年8月，《关于汞的水俣公约》在中国生效，一系列致力于控制汞污染减排的措施同步实施，将含汞烟气的污染控制及减排工作推向了高潮。

将零价汞氧化为易被去除的二价汞是治理汞污染的一个有效途径。现有技术公开了利用氯系氧化剂氧化去除烟气中零价汞，中国专利(CN214437860U)公开了一种利用NaClO

发明内容

为克服上述技术的不足，本发明提供了一种利用氯离子活化过一硫酸盐的液相氧化脱汞方法，该方法利用氯离子对过一硫酸根的活化作用，大大提高了对零价汞的氧化活性，解决了现有技术中过硫酸盐氧化脱汞能力差、能耗高、试剂利用率低的问题。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用氯离子活化过一硫酸盐的液相氧化脱汞方法，该方法是将含零价汞的气体通入含氯离子与过一硫酸根离子的混合溶液中进行氧化脱除零价汞。

本发明技术方案的关键是在于利用氯离子来诱发和促进过一硫酸根离子的氧化分解过程，使得氯离子转化成高活性的次氯酸，而次氯酸将零价汞氧化成汞离子，而次氯酸还原成氯离子，具体反应如下：

HClO+Hg

作为一个优选的方案，所述混合溶液中氯离子的浓度大于10mmol/L，过一硫酸根离子的浓度大于0.01mmol/L。进一步优选混合溶液中氯离子的浓度为100～1000mmol/L，过一硫酸根离子的浓度为0.03～0.1mmol/L。混合溶液中氯离子和过一硫酸根离子的浓度对气体中零价汞的脱除效率存在明显影响，这两种离子的浓度越高，对气体中零价汞的脱除效率明显增加，当混合溶液中的氯离子和过一硫酸根离子增大到一定程度时，对零价汞的脱除效率达到最大值。

作为一个优选的方案，所述氯离子由氯化钾、氯化钠、氯化铁、氯化钙中至少一种提供。氯离子来源较广几乎现有技术中常见的水溶性氯盐都满足应用要求。

作为一个优选的方案，所述过一硫酸根离子由单过硫酸氢钾复合盐、过一硫酸钾、过一硫酸钠、过一硫酸铵、过一硫酸钙、过一硫酸镁中至少一种提供。过一硫酸根离子由现有技术中常见的过一硫酸盐提供。

作为一个优选的方案，所述混合溶液的温度控制在5℃～90℃，pH值控制在1～14范围内。作为进一步优选的方案，所述混合溶液的温度控制在5℃～40℃，pH值控制在3～11范围内。本发明利用氯离子活化过一硫酸根离子氧化零价汞的过程受温度和pH的影响不大，在优选的pH和温度范围内都能达到较好的零价汞氧化效果，但是温度升高会引起过一硫酸根离子分解，更适合在较低的温度下进行零价汞氧化反应。

作为一个优选的方案，所述含零价汞的气体为纯零价汞蒸汽、含零价汞空气、含零价汞烟气或零价汞蒸汽与其他惰性气体组成的混合气体。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优势在于：

(1)本发明技术方案首次利用氯离子活化过一硫酸盐来实现液相氧化脱汞，脱汞效果良好，零价汞的脱除率达98％以上。

(2)本发明技术方案中氯盐价格低廉，能长时间稳定活化过一硫酸盐产生高活性次氯酸。

(3)本发明技术方案中过一硫酸盐投加量低，仅投加0.05mmol/L，即可实现10小时内零价汞脱除率稳定达98％以上，脱汞性能衰减后可通过补加过一硫酸盐重新恢复。

(4)本发明技术方案不需要额外增加设备和工序，利用现有的烟气净化工艺的洗涤装置即可实现汞的脱除，投资和运行成本低。

附图说明

【图1】为实施例1中脱汞率-时间图。

【图2】为对比实施例1和对比实施例2中脱汞率-时间图。

【图3】为对比实施例3中脱汞率-时间图，对比图1可见：含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的液相氧化脱汞性能在脱汞率、试剂消耗量、稳定性方面均优于氯盐和NaClO

【图4】为实施例2中不同浓度过一硫酸盐与脱汞率关系图。

【图5】为实施例3中不同浓度氯盐与脱汞率关系图。

【图6】为实施例4中不同pH与脱汞率关系图；在pH＝3～9内，脱汞率均保持100％。

【图7】为实施例5中不同温度与脱汞率关系图；由升温引起的过一硫酸盐分解消耗导致脱汞率下降。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

溶液配制：在室温下配制含氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度为100mmol/L；过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度为0.05mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的鼓泡反应器中，其中含零价汞气体的主要成分为：含O

如图1所示，在10h内，零价汞脱除率保持98％以上。

对比实施例1

溶液配制：在室温下配制含氯离子的溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度为100mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子溶液的鼓泡反应器中，其中含零价汞气体的主要成分为：含O

如图2所示，气路切入鼓泡反应器稳定30min后，零价汞脱除率为0。

对比实施例2

溶液配制：在室温下配制含过一硫酸根离子的溶液，其中过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度为0.05mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含过一硫酸根离子溶液的鼓泡反应器中，其中含零价汞气体的主要成分为：含O

如图2所示，气路切入鼓泡反应器稳定30min后，零价汞脱除率约3％。

对比实施例3

溶液配制：在室温下配制含NaClO

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含NaClO

如图3所示，气路切入鼓泡反应器稳定30min后，零价汞脱除率低于70％。

实施例2

溶液配制：在室温下配制含不同浓度过一硫酸根离子的氯离子和过一硫酸根离子混合溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度为100mmol/L；过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度分别为0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、1mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的鼓泡反应器中，含零价汞气体的主要成分为：含O

如图4所示，过一硫酸盐浓度分别为0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、1mmol/L时，1小时后零价汞脱除率分别稳定在55.1％、90.6％、100％、100％、100％。

实施例3

溶液配制：在室温下配制含不同浓度氯离子的氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度分别为10mmol/L、100mmol/L、500mmol/L氯盐；过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度为0.05mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的鼓泡反应器中，含零价汞气体的主要成分为：含O

如图5所示，氯盐浓度分别为10mmol/L、100mmol/L、500mmol/L时，1小时后零价汞脱除率分别稳定在38.8％、100％、100％。

实施例4

溶液配制：在室温下配制pH值分别为3、5、7、9、11的含氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度为100mmol/L；过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度为0.05mmol/L；pH值通过添加一定量硫酸溶液或KOH溶液调节，由pH计确定pH值。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的鼓泡反应器中，含零价汞气体的主要成分为：含O

如图6所示，含氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液pH分别为3、5、7、9、11时，1小时后零价汞脱除率均稳定在100％。

实施例5

溶液配制：在室温下配制含氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液，其中氯离子来源于氯化钾，浓度为100mmol/L氯盐；过一硫酸根离子来源于单过硫酸氢钾复合盐，浓度为0.05mmol/L。

液相氧化脱汞性能测试：含零价汞气体以流速500mL/min通入盛有含氯离子和过一硫酸根离子混合溶液的鼓泡反应器中，含零价汞气体的主要成分为：含O

如图7所示，含氯离子和过一硫酸根离子的混合溶液温度分别为25℃、50℃、70℃时，1小时后零价汞脱除率分别为100％、91.5％、94.1％。