專利名稱：用于除去流體流中污染物的介質(zhì)、及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于減少廢氣流中污染物的水平的化學(xué)吸附劑的用途。
背景技術(shù)：
諸如重金屬、D區(qū)金屬、汞和砷之類的工業(yè)雜質(zhì)向公眾提出了與健康重要相關(guān)的風(fēng)險。例如，多種金屬離子和過渡金屬離子與哮喘癥狀(例如巨細(xì)胞的活化以及增強的過敏原介導(dǎo)的巨細(xì)胞活化)有關(guān)。Walczak-Crzewiecka, et al. " EnvironmentalIyRelevant Metal and Transition Metal Ions Enhance Fe RI-Mediated Mast CellActivation, " Env. Health Perspectives 111(5) (May 2003)。由于這些物質(zhì)作為工業(yè)過程的副產(chǎn)物產(chǎn)生，所以重要的是找到有效的手段以減少它們向環(huán)境中的釋放。例如，由燃煤應(yīng)用、商用鍋爐和固體廢物焚化爐排放的汞代表了嚴(yán)重的環(huán)境問題，并已經(jīng)集中了許多調(diào)節(jié)研究。目前，燃煤發(fā)電廠排放了達32. 7%的最大的汞排放的來源。城市廢物焚化爐和非應(yīng)用的鍋爐均占據(jù)了大約18%的汞排放。醫(yī)療廢物焚化爐占據(jù)了 10%的氣相汞排放。除了氣相汞污染物以外，汞污染物還存在于水相中，例如由石油精煉廠和鋼鐵廠釋放的廢水。例如，水相污染物可以包括元素、離子、有機金屬和/或無機汞物質(zhì)。暴露于汞與人類的神經(jīng)病學(xué)和損傷進展有關(guān)。發(fā)育中的胎兒和幼童特別處于暴露于汞的有害作用的風(fēng)險中。此外，汞污染物也被暴露于牙科實踐或牙科廢物、臨床化學(xué)試驗室、病理學(xué)試驗室、研究試驗室、氯-堿設(shè)備以及健康護理廢物的焚化爐的人群所關(guān)注。但是，盡管需要減少汞的排放，但是目前不具有商業(yè)可以利用的技術(shù)來控制汞的排放。相似的是，暴露于砷會提出潛在的重要的健康風(fēng)險。砷為天然元素，其在全球土壤以及許多種類的巖石中分布。由于砷普遍存在，所以可以在包含用于工業(yè)過程的金屬的礦產(chǎn)和礦石中找到砷。當(dāng)這些金屬被開采或者在熔爐中加熱時，砷作為細(xì)粉塵被釋放到環(huán)境中。此外，由于煤炭和廢產(chǎn)物包含一些砷，所以砷還可以由燃煤發(fā)電廠和焚化爐進入到環(huán)境中。一旦砷進入環(huán)境，其便不可能被銷毀。暴露于砷會導(dǎo)致胃腸問題，例如胃痛、惡心、嘔吐和腹瀉。此外，暴露于砷還可以產(chǎn)生紅血細(xì)胞和白血細(xì)胞生成的減少、可以導(dǎo)致皮膚癌的皮膚改變以及肺炎。無機砷于多種類型的癌癥有關(guān)，并且被歸類為A組，人類致癌物。在大量(在食物或水中高于大約60，OOOppb)的情況下，砷可以是致命的。相似的不利作用與其他無機污染物有關(guān)，例如鎘、鉻、鉛和硒。多種基于碳的吸附劑已經(jīng)被鑒定用于除去氣體流中的萊蒸氣。T. R. Carey andCF. Richardson, " Assessing Sorbent Injection Mercury Control Effectivenessin Flue Gas Streams, " Environmental Progress 19(3) : 167-174(Fall 2000)。例如，Selexsorb HG (Alcoa World Alumina, LLC, Pittsburgh, PA)和 Mersorb (NuconInternational, Inc. , Columbus, OH)為市售可得的基于碳的萊吸附劑。此外，回收利用的輪胎已經(jīng)被鑒定為可以用于除去萊的活性炭來源。C. Lehmann et al, " Recycling WasteTires for Air-Quality Control, " Jan. 2000。但是,對于大規(guī)模的工業(yè)過程的用途而言，活性炭具有許多缺點。具體而言，市售可得的活性炭為相對昂貴的吸附劑。盡管將廢輪胎轉(zhuǎn)化為活性炭是回收利用有害廢物的環(huán)境友好的手段，但是其為復(fù)雜的、漫長的、耗能的且耗時的過程。此外，由廢輪胎得到的活性炭的產(chǎn)率是相對低的。目前，基于碳的吸附劑主要通過碳的吸著作用可以用于除去水中的污染物。但是， 這種方法因為多個缺點而很糟糕，例如洗掉了活性材料，由此使得基于碳的吸附劑的用途無效。此外，所用的活性炭材料必須作為有害材料被丟棄，因此增加了成本并導(dǎo)致了其他的環(huán)境問題。其他目前使用的方法包括使用催化劑來除去烴氣體中的汞。相似地，這種方法由于洗掉了活性催化劑而在水流中是無效的。因此，需要新的技術(shù)來高效且成本有效地減少(例如)工業(yè)排放、特別是水流中的無機污染物的水平，例如汞和砷。發(fā)明概述本發(fā)明描述了用于除去或減少流體流中的污染物的吸著介質(zhì)，該介質(zhì)包含與負(fù)載體基底或基質(zhì)連接或鍵合的活性化合物。此外，本發(fā)明還描述了用于制備吸著介質(zhì)的方法。在本發(fā)明的一個方面中，吸著介質(zhì)包含負(fù)載體基底，以及與負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)。所述的負(fù)載體基底包含多孔金屬材料。所述的介質(zhì)包括至少IOmol%的鋁物質(zhì)。可任選的是，所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵
入
口 ο在本發(fā)明的另一個方面中，所述的吸著介質(zhì)具有至少IOOOmg萊/kg介質(zhì)、至少2000mg萊/kg介質(zhì)、至少3000mg萊/kg介質(zhì)、以及至少10，OOOmg萊/kg介質(zhì)中的至少一者
的污染物容量。在本發(fā)明的另一個方面中，吸著介質(zhì)包含負(fù)載體基底以及與該負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)。所述的負(fù)載體基底包含多孔金屬材料。所述的介質(zhì)包含至少9mol %的離子物質(zhì)?？扇芜x的是，所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。在本發(fā)明的另一個方面中，所述的吸著介質(zhì)具有至少400mg萊/kg介質(zhì)、至少IOOOmg萊/kg介質(zhì)、至少3500mg萊/kg介質(zhì)、以及至少12，OOOmg萊/kg介質(zhì)中的至少一者
的污染物容量。在本發(fā)明的另一個方面中，制造吸著介質(zhì)的方法包括選擇包含多孔金屬材料的負(fù)載體基底，提供包含溶解于溶劑中的第一硫物質(zhì)的摻雜混合物，以及將所選的負(fù)載體基底與所述的摻雜混合物在第一溫度下接觸第一持續(xù)時間，從而形成經(jīng)摻雜的基底。此外，所述的方法還包括在第二溫度下使所述的經(jīng)摻雜的基底在所選的氣氛環(huán)境下反應(yīng)第二持續(xù)時間，從而形成吸著介質(zhì)。該吸著介質(zhì)包含與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的第二硫物質(zhì)?？扇芜x的是，所述的第二硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。在本發(fā)明的一個方面中，制造吸著介質(zhì)的方法包括選擇包含多孔金屬材料的負(fù)載體基底，選擇至少包含硫化氫的氣氛環(huán)境，以及使所述的負(fù)載體基底在所選的氣氛環(huán)境下在第一溫度下反應(yīng)第一持續(xù)時間，從而形成吸著介質(zhì)。所選的吸著介質(zhì)包含與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)?？扇芜x的是，所述的第二硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。此外，在本發(fā)明的另一個方面中，所述的方法還包括將元素硫與所述的第二所選的基底混合，然后使所述的負(fù)載體基底在所選的氣氛環(huán)境下反應(yīng)。在本發(fā)明的另一個方面中，減少流體中金屬物質(zhì)污染物的水平的方法包括使包含金屬物質(zhì)污染物的流體與吸著介質(zhì)接觸。該吸著介質(zhì)包含與負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)。可任選的是，所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。在本發(fā)明的另一個方面中，所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種離子汞物質(zhì)。此夕卜，所述的方法還包含根據(jù)包含硫化物物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的硫物質(zhì)來由多種吸著介質(zhì)中選擇用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。在本發(fā)明的另一個方面中，所述的金屬物質(zhì)污染物至少包含無機汞物質(zhì)。此外，所述的方法包含根據(jù)包含硫化物物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的硫物質(zhì)來由多種吸著介質(zhì)中選擇用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。在本發(fā)明的另一個方面中，所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種無機汞物質(zhì)和至少一種離子汞物質(zhì)，所述的方法進一步包含根據(jù)包含硫酸鹽物質(zhì)和硫化物物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的硫物質(zhì)來由多種吸著介質(zhì)中選擇用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)的污染物包含至少一種無機汞物質(zhì)和至少一種離子汞物質(zhì)。此外，所述的方法還包含根據(jù)包含硫酸鹽物質(zhì)的第一所選吸著介質(zhì)的硫物質(zhì)和包含硫化物物質(zhì)的第二所選介質(zhì)上的硫物質(zhì)來由多種吸著介質(zhì)中至少選擇用于介質(zhì)所述流體的第一吸著介質(zhì)和第二吸著介質(zhì)。
如本文所用，術(shù)語“負(fù)載體基底”和“基質(zhì)”可交換使用。如本文所用，術(shù)語“介質(zhì)”、“活性介質(zhì)”和“吸著介質(zhì)”可交換使用。如本文所用，術(shù)語“吸著”包括吸附、化學(xué)吸附(即，化學(xué)吸著)、吸收和/或物理吸附(即，物理吸著)。
當(dāng)術(shù)語“未使用的”與介質(zhì)和/或負(fù)載體基底相關(guān)使用時，其是指其原始的或仍有效的形式的材料。相反，當(dāng)術(shù)語“使用的”或“消耗的”與介質(zhì)和/或負(fù)載體基底相關(guān)使用時，其是指在預(yù)定了所述材料的一個或多個過程中已經(jīng)使用的材料。例如，使用的(或消耗的)Claus催化劑為在用于由硫化氫中回收硫的Claus過程中使用的催化劑。如本文所用，術(shù)語“流”描述了具有污染物物質(zhì)的流體的量。流體流可以包含流動的流體，但是還可以描述流體的靜態(tài)的量。因此，本文所述的吸附劑可以被設(shè)置在移動量的流體中從而連續(xù)地除去污染物。通常，還可以將吸附劑加入到固定量的流體中，從而以分批的方式除去污染物。附圖簡述
為了更加全面地理解本發(fā)明的各種實施方案，現(xiàn)在參照附圖參考所得的下文中的描述圖I示出了制備吸著介質(zhì)的實施方案的方法；圖2示出了用于制備與涂敷的過濾器的示例性過程；圖3示出了使用具有夾帶的活性介質(zhì)的預(yù)涂敷過濾器的示例性過程；圖4示出了使用活性介質(zhì)來減少流體中污染物水平的示例性過程；圖5A和5B示出了使用活性介質(zhì)來減少流體中污染物水平的另一個示例性過程；圖6示出了新鮮的Maxcel 740催化劑(未經(jīng)處理的和未使用的)的完整ESCA掃描;圖7示出了在新鮮的基于Maxcel 740吸著介質(zhì)經(jīng)摻雜和反應(yīng)(經(jīng)處理的和經(jīng)使用的)后的ESCA掃描；圖8示出了在新鮮的基于Maxcel 740吸著介質(zhì)經(jīng)摻雜、反應(yīng)(經(jīng)處理的和未使用的)和用水洗滌后的ESCA掃描；圖9示出了新鮮的基于Maxcel 740催化劑(未經(jīng)處理的和未使用的)在鋁區(qū)域中的ESCA掃描；

圖10示出了在新鮮的基于Maxcel 740吸著介質(zhì)經(jīng)摻雜和反應(yīng)(經(jīng)處理的和未使用的)后在鋁區(qū)域中的ESCA掃描；圖11示出了在制造過氧化氫過程中使用的消耗的氧化鋁催化劑(未經(jīng)處理的和經(jīng)使用的)的ESCA掃描；圖12示出了由制造過氧化氫得到的基于經(jīng)摻雜的消耗的氧化鋁催化劑(經(jīng)處理的和經(jīng)使用的)的吸著介質(zhì)的ESCA掃描；圖13示出了由制造過氧化氫得到的基于經(jīng)摻雜的消耗的氧化鋁催化劑(經(jīng)處理的和經(jīng)使用的)的吸著介質(zhì)用水洗滌后的ESCA掃描；圖14示出了在新鮮的基于Maxcel 740吸著介質(zhì)經(jīng)摻雜和反應(yīng)(經(jīng)處理的和未使用的)后的ESCA掃描；圖15示出了新鮮的基于SULF ATREAT XLP吸著介質(zhì)(未經(jīng)處理的和未使用的)的ESCA掃描；圖16示出了在新鮮的基于SULF ATREAT XLP吸著介質(zhì)反應(yīng)(經(jīng)處理的和未使用的)后的ESCA掃描；圖17示出了在新鮮的基于SULF ATREAT XLP吸著介質(zhì)反應(yīng)(經(jīng)處理的和未使用的)后并用水洗滌后的ESCA掃描；圖18示出了消耗的基于SULF ATREAT XLP的材料(經(jīng)使用的和未經(jīng)處理的)的ESCA掃描；圖19示出了消耗的基于SULF ATREAT XLP的吸著介質(zhì)(經(jīng)使用的和經(jīng)處理的)的ESCA掃描；圖20示出了新鮮的基于Maxcel 740的吸著介質(zhì)在與硫混合并反應(yīng)(未使用的和經(jīng)處理的)后的ESCA掃描。發(fā)明詳述本發(fā)明描述了用于減少流體流中的一種或多種污染物的吸著基質(zhì)，以及使用制備該吸著介質(zhì)和使用該介質(zhì)的方法。在一個方面中，描述了用于減少流體流中的污染物水平的吸著介質(zhì)。該吸著介質(zhì)包含負(fù)載體基底或者與活性化合物鍵合或連接的基質(zhì)。負(fù)載體基底或基質(zhì)的非限定性實例包含基于尚子、氧化招、娃、欽和碳的基底。在一些實施方案中，基于氧化招的基質(zhì)包含Claus催化劑。在一些具體的實施方案中,所述的Claus催化劑為原始的Claus催化劑。在其他具體的實施方案中，所述的Claus催化劑為消耗的Claus催化劑。在其他實施方案中，基于氧化鋁的基質(zhì)包含其他非Claus催化劑。在其他實施方案中，所述的介質(zhì)包含基于鐵的基質(zhì)。活性化合物的非限定性實例包含硫、氧化鋁-硫化合物、鐵-硫化合物、氧化鋁硫酸鹽、氯化鐵、硫酸銅、氯化銅和/或其他各種金屬鹽。鐵-硫化合物包括但不限于硫酸鐵、亞硫酸鐵和硫化鐵。污染物的非限定性實例包括砷、汞、D區(qū)金屬和/或重金屬，包含但不限于鋇、鍶、硒、鈾、鉛、鈦、鋅和鉻。減少其他金屬污染物的水平也有所考慮。在一些實施方案中，所述的介質(zhì)通過吸附、化學(xué)吸附(即，化學(xué)吸著)、吸收和/或物理吸附中的一種或多種來減少流體流中的污染物水平。在一些實施方案中，所述的流體流包含水性流體。在一些具體的實施方案中，所述的水性流體包含地下水、得自化學(xué)過程的過程廢水等中的一種或多種。此外，其他非水性流體流也有所考慮。相似地，本文所述的各種介質(zhì)可以用于減少非流動的流體流中的污染物。在一些實施方案中，所述的介質(zhì)能夠減少水性流體流中的砷和汞的水平。所述介質(zhì)的其他實施方案能夠減少D區(qū)金屬和/或重金屬的水平，包括但不限于鍶、鈾、鉛和/或鉻。不限于任何特定的理論，據(jù)信在本文所述的吸著介質(zhì)中，活性化合物與所述的負(fù)載體基底或基質(zhì)鍵合或連接，使得損失到流體流中的活性化合物有所減少或最少。例如，認(rèn)為在一些實施方式中，所述的活性化合物以與所述的負(fù)載體基底至少部分整合的方式與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。換言之，所述的負(fù)載體基底和活性化合物形成了將所述的活性化合物保持在適當(dāng)?shù)奈恢锰幍幕瘜W(xué)化合物。因此，所述的負(fù)載體基底和活性化合物可以形成化學(xué)鍵(例如共價鍵合/或離子鍵)。在其他實施方式中，據(jù)信其他吸引力減少了活性化合物的移動。例如，活性化合物和負(fù)載體基底可以表現(xiàn)為偶極-偶極相互租用、氫鍵和/或分散力中的一種或多種。此外，據(jù)信機械力可以在減少通過活性化合物與負(fù)載體基底之間的相互作用形成的活性化合物和/或分子和/或絡(luò)合物的移動中發(fā)揮作用。例如，所形成的活性化合物和、/或絡(luò)合物可以嵌入在負(fù)載體基底表面的小孔中，由此將所述的材料限定在孔中。相似地，本文所述的技術(shù)被認(rèn)為能夠在負(fù)載體基底的孔結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建活性表面。由于形成了所述的鍵或連接，所述的活性化合物不能通過液體分子被完全溶劑化，因此，顯著降低了活性化合物的溶解速率。此外，所述的鍵或連接還抵抗了流體與介質(zhì)接觸過程中的物理力，否則會將活性化合物由介質(zhì)的表面上洗脫。因此，如本文所述，活性化合物的溶解速率描述了由于化學(xué)和物理現(xiàn)象所導(dǎo)致的活性化合物在介質(zhì)上的損失速率。在一些實施方案中，用于吸著汞的活性化合物被認(rèn)為是硫酸鐵、硫化鐵、硫酸鋁和/或硫化鋁。同時，認(rèn)為極化的鐵(例如鹽絡(luò)合物中的鐵)可有效地用于吸著砷。盡管硫酸鐵和硫化鐵在標(biāo)準(zhǔn)條件下會溶解于水中，但是據(jù)信，通過使用本文所述的方法，硫酸鐵或硫化鐵能夠與負(fù)載體基底或基質(zhì)(例如包含氧化鋁和/或鐵)鍵合或連接。與位于任何負(fù)載體基底鍵合的流體中的鐵-硫和/或鋁-硫化合物相比，所述的鍵 合可以使連接的鐵-硫和/或鋁-硫化合物在暴露于水性流體的同時，以減慢的速率溶解于流體流中。這能夠使活性化合物(例如鐵-硫和/或鋁-硫化合物)在水流中存在污染物時發(fā)揮作用，而不會使硫酸鹽和/或硫化物物質(zhì)顯著地?fù)p失到所述的水流本身中?？傮w而言，本文所述的實施方案能夠以保持活性化合物的活性特征通常減少在使用過程中活性化合物被洗脫的量的方式使其他可溶性化合物附著在負(fù)載體基底或基質(zhì)的表面或內(nèi)部中。本發(fā)明的范圍不限于硫酸鐵的使用，而且包括其他化合物，例如氯化鐵、硫酸鋁、硫酸銅、氯化銅、元素硫、硫化氫等。在一些實施方式中，所述的活性化合物與所述的負(fù)載體基底形成了鍵和/或連接，而且還提供了介質(zhì)的吸著活性。在其他實施方式中，所述的活性化合物與所述的負(fù)載體基底形成了鍵和/或連接，并且實施其他的反應(yīng)步驟來使部分活性化合物發(fā)生化學(xué)改變，從而提供吸著活性(例如氯化銅與負(fù)載體基底鍵合，并隨后與硫化氫反應(yīng)，從而形成與所述的基底鍵合的銅-硫物質(zhì))。在一些實施方案中，在用于處理天然氣體從而除去硫化合物(例如SULFATREATXLP, Iron Sponge和其他相似的材料)的經(jīng)使用的或未使用的市售材料中發(fā)現(xiàn)的基于鐵的基底可用作用于本文所述的介質(zhì)的負(fù)載體基底。一些所述的這種材料包含氧化鐵，例如三氧化二鐵和氧化鐵。此外，在另一個方面中，還描述了制備用于減少流體流中污染物的水平的吸著介質(zhì)的方法。該方法包括選擇負(fù)載體基底或基質(zhì)，可任選的是提供包含活性化合物的摻雜混合物，以及可任選的是將所選的負(fù)載體基底或基質(zhì)與摻雜混合物接觸從而形成摻雜基質(zhì)的混合物，以及在預(yù)定的溫度和預(yù)定的氣氛環(huán)境下使摻雜基質(zhì)混合物反應(yīng)預(yù)定的時間從而形成活性介質(zhì)，其中所述的活性化合物與負(fù)載體基底鍵合或連接。圖I示出了在一些實施方案中制備吸著介質(zhì)的方法100的概況。選擇負(fù)載體基底(例如原始的、消耗的或回收利用的基底)作為用于介質(zhì)的基材(步驟110)。在一些實施方案中，基底為得自天然氣體或其他脫硫醇過程(sweetening process)的經(jīng)使用的催化劑。其實例包括但不限于鐵摻雜的原始的或回收利用的Claus催化劑，以及氣凝膠、二氧化鈦、基于鐵的天然氣體處理催化劑(例如SULFATREAT等)以及基于氧化鋁的催化劑。此外，選擇活性化合物，并可任選地將其溶解于合適的溶劑中，從而形成摻雜混合物(步驟120)。溶劑可以包含水性溶劑和/或有機溶劑。此外，在一些實施方案中，還可以減小基底的尺寸，然后使用(例如)輥、球或沖擊粉碎設(shè)備實施干燥、摻雜和反應(yīng)步驟。然后，在溫度和濕度受控的環(huán)境下，將所選的基底基材和摻雜混合物接觸并保持所選的持續(xù)時間，從而形成經(jīng)摻雜的基底(步驟130)。在一些實施方案中，將溫度保持在30-90°C，使相對濕度在0-40 %之間改變，并使持續(xù)時間在10-45分鐘之間改變。將足量的摻雜混合物與基底基材接觸，使得摻雜混合物中的化合物均不是摻雜混合物與基底之間任何反應(yīng)的限定試劑。然后，通過中間步驟對所述的材料(經(jīng)摻雜的基底)進行處理，期間所述的材料可以通過在水、丙酮或其它溶劑中洗滌和/或進一步加熱或冷卻而被干燥和/或表面處理(步驟140)。例如，可以將經(jīng)摻雜的基底在100-300°C的溫度下加熱1-4小時。此外，還可以在所述步驟140的部分步驟中冷卻所述的材料。在一些實施方案中，在干燥和/或加熱基底之后，使摻雜試劑(如果存在)與基底反應(yīng)在受控的溫度和氣氛條件(其可以包含多種氣體，如下文所述)下反應(yīng)所選的持續(xù)時間，從而形成活化的介質(zhì)。本文所述的具體實例僅為了說明的目的，由于摻雜試劑、反應(yīng)氣體、反應(yīng)的持續(xù)時間等不同，將對不同的負(fù)載體基底產(chǎn)生不同的影響。可以通過操縱整個過程來控制這些影響，從而得到不同活性水平的在吸著特定的污染物中是有效的介質(zhì)(步驟150)。摻雜試劑的非限定性實例包括多種氣體以及過渡金屬。如果基底經(jīng)摻雜，則其可 能需要額外的干燥步驟。在一些實施方案中，隨后可以將介質(zhì)置于室(如果該室尚未用于基材的摻雜和條件作用)或暴露于多種氣體中。所述的氣體包括但不限于H2、氮氣和H2S氣體。在一些實施方案中，將溫度控制在100-500°C之間，并且所述的氣氛包含硫化氫(例如2-15vol%)、氫氣(例如2-15vol%)、空氣(例如5_100vol % )、水和/或氮氣(例如IO-IOOvoI% )中的任意一種或混合物。所述的持續(xù)時間可以在1_6小時之間改變。在反應(yīng)過程中，將足量的氣體混合物提供給基底(和摻雜試劑，使得所述氣體混合物中的沒有一種成分在所述反應(yīng)步驟過程中發(fā)生的任何反應(yīng)中是限定的試劑。在一些實施方案中，可任選的是使用多種過渡金屬(例如但不限于鋅、鍶和銅)進一步摻雜介質(zhì)，從而減少或除去廢物流中的無機污染物，包括但不限于汞和砷。在一些其他的實施方案中，未加入摻雜試劑，并選擇反應(yīng)條件從而在基底的表面上形成活性組分。在這些實施方案中，通過(例如)將氣體混合物暴露于反應(yīng)環(huán)境中而在基底的表面上以化學(xué)方式創(chuàng)建活性試劑。然后將所述的材料冷卻，并進行加工，從而得到所需的粒徑(步驟160)。在一些實施方案中，可以使用(例如)輥、球或沖擊粉碎設(shè)備將活性介質(zhì)粉碎成某一粒徑。在一些實施方案中，將活性介質(zhì)粉碎或研磨成粒徑為12-325目。此外，還可以將活性介質(zhì)與其他材料結(jié)合(步驟170)，從而形成吸著介質(zhì)共混物。適用于與活性介質(zhì)共混的其他材料包括但不限于具有相同或不同負(fù)載體基底的另一種活性介質(zhì)或活性化合物。在一些實施方案中，本文所述的活性材料可以被用作具有其他吸著材料的混合物，例如在2 O O 4年10月29日提交的并在2008年3月11日授權(quán)的標(biāo)題為“Process For Reduction OfInorganic Contaminants From Waste Streams”的美國專利 No. 7，341，667、在 2008 年 2 月I日提交的并在2009年I月20日授權(quán)的標(biāo)題為“Process For Reduction Of InorganicContaminants From Waste Streams” 的美國專利 No. No. 7，479，230、以及 2008 年 2 月 I日提交的并在2008年11月11日授權(quán)的標(biāo)題為“Process For Reduction Of InorganicContaminants From Waste Streams” 的美國專利 No. 7, 449, 118 中所描述的那些。
可以以多種順序?qū)嵤┓椒?00中所述的步驟120-160，并且一些步驟可以被省略或重復(fù)。例如，可以省略摻雜混合物的創(chuàng)建以及將所選的基底與所述的混合物的接觸(步驟120和130)。相反，可以使用單獨的反應(yīng)氣體對所選的基底進行處理從而形成活性介質(zhì)(步驟150)。相反，可以實施多個摻雜接觸步驟(使用相同的摻雜試劑或不同的摻雜試劑)。此外，還可以在任何摻雜和/或反應(yīng)步驟之前和/或之后對活性材料進行加工，從而得到所需的粒徑(步驟160)。此外，如本文所述，通過控制制造條件，可以調(diào)節(jié)活性化合物由介質(zhì)中損失的速率。例如，就鐵而言，硫酸鐵的損失速率為超過300，000 μ g Fe/L洗滌水至不足200μ g Fe/L洗滌水。此外，還可以通過目測確認(rèn)洗滌水中的彩色整體和褐色/橘色、或者缺乏這些顏色來觀察活性化合物的保留。 據(jù)信，方法100能夠使多種不同的活性化合物(包含絮凝材料)與穩(wěn)定的負(fù)載體基底或基質(zhì)連接或鍵合，從而形成活性介質(zhì)。使用本文所公開的方法制造的活性介質(zhì)的使用簡化了非物流處理，并能夠通過將污染物吸著在基質(zhì)上而使對廢物產(chǎn)物的管理更容易。根據(jù)本文所公開的方法，本文所公開的活性化合物可以用于制造活性介質(zhì)。除了各種活性化合物以外，使用本文所公開的方法，本文所公開的不同的基質(zhì)或負(fù)載體基底可以用作用于制造活性介質(zhì)的基材。例如，據(jù)信可以使用鋁、鈦和/或有機硅基質(zhì)來替代本文所公開的氧化鋁和鐵。所選的活性化合物與合適的基材結(jié)合能夠使吸著介質(zhì)被調(diào)整為合適地吸著目標(biāo)污染物或一類污染物，例如鍶、鈾、鉛和/或六價鉻。在另一個方面中，描述了使用活性介質(zhì)來減少流體流中的污染物水平的方法。該方法包括提供本文所述的活性介質(zhì)，以及將所述的活性介質(zhì)與包含污染物的流體流接觸。所述的污染物可以包含本文所述的污染物中的任何一種或多種。在一些實施方案中，本文所述的活性介質(zhì)可以與其他介質(zhì)結(jié)合使用，從而創(chuàng)建經(jīng)調(diào)整適用于特定水問題的處理方法。在一些具體的實施方案中，可以將基于鐵的活性介質(zhì)與基于氧化鋁的活性介質(zhì)混合，從而形成活性介質(zhì)的混合物。活性介質(zhì)的混合物可以根據(jù)針對某種污染物的不同活性介質(zhì)的特異性來用于有效地減少多于一種類型的污染物的水平。例如，令人驚奇發(fā)現(xiàn)，與基于氧化鋁的活性介質(zhì)混合的基于鐵的活性介質(zhì)可以有效地減少水流中的汞和砷的水平。此外，所述的介質(zhì)還可以直接用于流體流中，并通過過濾除去。此外，所述的介質(zhì)還可以與粘土混合，從而形成漿料護壁或內(nèi)襯以支持矯正并吸著通?？梢杂晌廴緟^(qū)域濾出的痕量金屬?？傮w而言，例如，可以將本文所述的任何一種或多種活性介質(zhì)引入到AquaBlok, Ltd. of Toledo, OH 生產(chǎn)的產(chǎn)物中。例如，如以下所述,將介質(zhì)#4以5wt%介質(zhì)的水平引入到AquaBlok材料中。使用370ml IOOOppb汞污染的水進行球瓶(ball jar)測試，其中所述的水中已經(jīng)加有527gAquaBlok/介質(zhì)混合物。在使廣口瓶靜置大約48小時之后，將廣口瓶頂部的上清液流體排出并通過1.2 μ m過濾器過濾，并用于汞濃度的分析。過濾的水樣品包含大約22ppb汞。在使廣口瓶共靜置大約120小時之后，再次排出上清液流體，過濾并分析。過濾的水樣品包含低于5ppb萊。在一些實施方案中，本文所述的活性介質(zhì)可以用于形成可持續(xù)再生的處理系統(tǒng)。如上文所述，向介質(zhì)基材(例如氧化鋁或鐵基質(zhì))中引入活性化合物(例如硫酸鐵)會減少使用中溶解的活性成分的量。這使得流體流中的污染物、重金屬、著色劑以及其他所不需要的材料積聚或附著在介質(zhì)的表面上和/或使介質(zhì)的極小的外部特征被除去。因此，在使用后，創(chuàng)建了可以由液體處理系統(tǒng)中除去并且可以丟棄的消耗介質(zhì)。例如，當(dāng)硫酸鐵/氧化鋁介質(zhì)用于處理包含重金屬污染物的水流時，消耗的介質(zhì)是非危險性的(根據(jù)ToxicityCharacteristic Leaching Procedure測試)。介質(zhì)上重金屬的典型濃度為20至超過10000mg/g介質(zhì)。減少的金屬水平可以包含砷和汞，并且認(rèn)為可以包含廣泛的金屬，包含鉛、鈾、硒、鉻和其他過渡金屬。此外，使用介質(zhì)被認(rèn)為對廣泛的離子和絡(luò)合金屬形式是有效的，包含減少地下水的金屬水平。除了處理廣泛的污染物以外，本文所述的介質(zhì)表現(xiàn)為與備選物相比，使用所述的介質(zhì)可以使得流體流中的污染物減少的速度增加。在一個示例性的實施方案中，在處理具有3000ppt汞和25ppb砷的被污染的地下水的應(yīng)用中，活性炭需要90分鐘的接觸時間來將 汞減少至少于20ppt。相比之下，如本文所述，基于SULFATREAT XLP的介質(zhì)需要不到60秒 的時間來減少相似量的汞污染物。這種快于已知的處理材料的作用速度使得本文所述的介質(zhì)用于廣泛應(yīng)用中，而這些應(yīng)用通常是由于水與傳統(tǒng)材料接觸所需的時間量而在水服務(wù)中不被允許的。使用本文所公開的介質(zhì)、技術(shù)和方法，濾毒罐和預(yù)涂敷過濾器可以用于利用介質(zhì)的簡短有效的接觸時間。這進一步能夠使所述的介質(zhì)在連續(xù)流通的液體床應(yīng)用以及去污服務(wù)中使用，包括但不限于地下水處理服務(wù)。在去污服務(wù)中使用的能力可以對相對高水平的污染物直接進行處理，而無需在減少污染物之前稀釋所述的被污染的流。此外，速度和高容量使得鐵-基質(zhì)介質(zhì)通過修正服務(wù)中的粘土內(nèi)襯而防止金屬的遷移。此外，本文所述的介質(zhì)可以在活化的污水處理系統(tǒng)中用作活性組分。此外，介質(zhì)的污染物-吸著容量高于用于處理污染的液體的其他材料的容量。例如，活性炭僅僅在除去4個床體積(通過I加侖的活性炭處理I加侖的水)的污染地下水中是有效的，而本文所述的基于SULFATREATXLP的介質(zhì)在超過1000個床體積中保持有效，并且在一些實施方式中，在大約5000個床體積中保持有效。在本文所述的介質(zhì)的其他示例性的實施方案中，所述的介質(zhì)在超過18000個床體積中保持有效，并且在一些實施方式中，在超過27000個床體積中保持有效。除了上文所述的益處，本文所公開的介質(zhì)、技術(shù)和方法包含以下所述的其他優(yōu)點。廣泛的消耗活化氧化鋁、經(jīng)使用的鐵海綿或其他消耗材料目前被棄置于廢棄物填埋場，這具有有害的環(huán)境影響。如本文所述，所述的材料可以用作用于本文所公開的多種類型的活性介質(zhì)的負(fù)載體基底或基質(zhì)。在一些實施方案中，可以由廢棄物填埋場轉(zhuǎn)移消耗的氧化鋁和經(jīng)使用的鐵海綿，從而生產(chǎn)其他的活性介質(zhì)，由此減少的消耗的氧化鋁所產(chǎn)生的環(huán)境影響。與活性炭相比，本文所述的活性介質(zhì)具有更高水平的活性。因此，與基于活性炭的系統(tǒng)相比，可以使用較少的介質(zhì)和較小的設(shè)備處理某些流體流。例如，使用本文所述的硫酸鐵/氧化鋁介質(zhì)的處理系統(tǒng)需要基于活性炭的系統(tǒng)所述的空間尺寸的大約十分之一，其中所述的基于活性炭的系統(tǒng)用于將具有2. 5ppb汞污染物的地下水處理至低于20ppt的水平。此外，與活性炭相比具有更高活性的介質(zhì)可以運行在處理系統(tǒng)中使用大約十分之一的量的介質(zhì)。例如，在剛剛上文所述的地下水實例中，與用于活性炭的大約4個床體積相比，所述的介質(zhì)具有大約1000個床體積的活性壽命。
此外，據(jù)信本發(fā)明公開的實施方案允許所述的活性化合物保持所需的特征，例如電化學(xué)和/或性質(zhì)，通常保持所述的化合物與所述的基質(zhì)結(jié)合。因此，所述的活性化合物對污染物可以起到絮凝劑的作用，這是因為所述的化合物可以與污染物結(jié)合而無需典型的絮凝劑所需的額外的沉淀和過濾步驟。圖2示出了使用本文所述的介質(zhì)以及上文引用的專利中所述的處理材料中的任何一者制備預(yù)涂敷的過濾器的示例性過程200。容器210填滿300克尺寸為325目的活性介質(zhì)在I加侖的水中形成的漿料混合物。泵220使?jié){料混合物由容器210以大約I加侖/分鐘的速率循環(huán)通過30微米或更小的預(yù)涂敷過濾器。持續(xù)所述的循環(huán)直到漿料混合物為大致澄清，表明一定量的活性介質(zhì)已經(jīng)被夾帶至預(yù)涂敷的過濾器中。然后如上文所述，將所述的過濾器用于減少污染物的水平?？扇芜x的是，在減少污染物的水平之后，可以通過新鮮的活性介質(zhì)來除去和/或替待消耗的介質(zhì)。圖3示出了在床中使用具有活性介質(zhì)的預(yù)涂敷過濾器的示例性過程300 (例如以下實例中所述的任意一種介質(zhì))。被污染的流310在水中包含2. 5ppb萊和25ppb砷。被污 染的流310通過10微米或更小的預(yù)處理過濾器320，從而以333ml/min的速率除去顆粒污染物。然后，所述的流通過根據(jù)過程200制備的預(yù)涂敷過濾器330。如上文所述，預(yù)計預(yù)涂敷的過濾器330會減少水中汞和砷的水平。預(yù)計流出的流340包含低于20ppt汞以及不可檢測的砷。應(yīng)該理解的是污染物的水平、污染物減少的量以及流速僅僅是示例性的，并且更多或更少的值都可以考慮。如下文所述，圖4示出了使用介質(zhì)#1來減少液體中的污染物水平的示例性過程400。容器410包含含有3000ppt汞和25ppb砷的污染的水。泵420使污染的水由容器410通過裝有介質(zhì)#1的柱430。在一個實施方式中，柱430為大約25. 08厘米長，內(nèi)部直徑為大約O. 5厘米，并裝有大約4克的活性介質(zhì)，其填滿了柱中大約4厘米長的部分。在大約4ml/分鐘的流速下持續(xù)操作至少7天的過程中，流出流440包含低于20ppt汞以及不可檢測的砷。應(yīng)該理解的是所用的具體介質(zhì)、污染物的水平、污染物減少的量以及流速僅僅是示例性的，并且更多或更少的值都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5A和5B分別示出了使用本文所述的任意一種介質(zhì)來減少液體中的污染物水平的示例性裝置500的側(cè)視圖和俯視圖。由入口 510持續(xù)向容器505供入污染液體，從而保持容器505中的污染液體的水平。鼓515部分浸潰在容器505中的液體中，并圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。鼓515具有使用一種或多種所選的介質(zhì)涂敷的多孔表面。此外,鼓515還具有出口520，其與鼓的內(nèi)部形成液體連通，并可以包含位于鼓內(nèi)部的其他結(jié)構(gòu)，從而使鼓515內(nèi)部的液體離開所述的鼓。此外，鼓505還具有用于將液體中的介質(zhì)漿料供入到容器505中的介質(zhì)入口 525。在一個示例性的實施方式中，可以將介質(zhì)加入到位于裝置500上游的污染液體中，使得所述的介質(zhì)通過沿著污染液體的入口 510進入到容器505中。此外，裝置500還包含與鼓515接觸的刮板530。當(dāng)鼓515旋轉(zhuǎn)時，在出口 520上抽真空。真空使污染液體進入通過鼓515的多孔表面，在該表面上設(shè)置由活性介質(zhì)。同時，通過刮板530由鼓515的表面除去與污染液體接觸的介質(zhì)，即，經(jīng)使用的介質(zhì)535。當(dāng)裸露的鼓表面再次浸潰到容器505中的污染液體中時，通過介質(zhì)入口 525加入的其他新鮮的活性介質(zhì)被加入到鼓515的表面。按照這樣的方式，使用持續(xù)更新供入的活性介質(zhì)對持續(xù)流動的污染液體進行處理?？梢猿ソ?jīng)使用的介質(zhì)535以用于丟棄。在一個或多個實施方案中，本文所述的方法和處理增加了介質(zhì)的硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫化物的含量。用于測量材料的元素組成的一種分析技術(shù)為ESCA(化學(xué)分析的電子能譜)掃描。ESCA掃描為用于觀察材料表面的分析技術(shù)。ESCA對待分析的材料的化學(xué)狀態(tài)是敏感的。例如，ESCA掃描可以顯示材料中硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫化物的存在和相對比例。掃描上水平位置的改變表明了化學(xué)位移，下文將更詳細(xì)地描述。高度的改變表明待分析材料中特定物質(zhì)的量的相對改變。本文所提供的化學(xué)組成信息以mol %的方式給出。在本發(fā)明的一些實施方式中，各種負(fù)載體基底的硫酸鹽和硫化物的含量以以下的順序增加(未使用的和未經(jīng)處理的材料)< (未使用的和晶處理的材料)< (經(jīng)使用的和未經(jīng)處理的材料)< (經(jīng)使用的和經(jīng)處理的材料)。在一些實施方案中，經(jīng)使用的催化劑是使用一種或多種H2S, H2, N2和/或空氣處理的，其使得硫酸鹽和/或硫化物的含量顯著增力口。如本文所用，術(shù)語“經(jīng)處理的”是指根據(jù)制備吸著介質(zhì)的方法100的任意一種示例性實施方案處理的催化劑(或其它負(fù)載體基底或基質(zhì))。不被任何具體的力量所限定，據(jù)信硫化合物在減少流體流中的金屬污染物的水平中作為活性物質(zhì)，并且在多種介質(zhì)中污染的硫酸鹽和硫化物或其它含硫化合物與介質(zhì)的吸著容量有關(guān)。吸著容量隨著硫酸鹽、硫化物和其它含硫化合物的含量的升高而升高。在一個或多個實施方案中，與硫酸鹽的含量相比，硫化物的含量在較大程度上更有助于介質(zhì)的吸著容量?？梢酝ㄟ^測量吸著介質(zhì)中硫的摩爾百分率來確定硫酸鹽和硫化物或其它含硫化合物的含量?？梢酝ㄟ^下式計算硫的摩爾百分率硫mol%=介質(zhì)中的硫原子的摩爾數(shù)/介質(zhì)中所有原子的總摩爾數(shù)(式I)。在一些實施方案中,硫含量為高于大約5. Omol %。在一些實施方案中,硫含量為高于大約7. Omol%。在一些實施方案中,硫含量為高于大約9. Omol%?？梢酝ㄟ^被介質(zhì)吸收的流體流中的金屬量來測量吸著介質(zhì)的容量。在一些實施方案中，通過被介質(zhì)(以千克計)吸收的水流中的汞重量(mg)來測量吸著介質(zhì)的容量。此外，還可以通過被吸著介質(zhì)吸收的無機汞的量來測量吸著介質(zhì)的容量。而且，可以通過吸著介質(zhì)吸收的離子汞的量來測量吸著介質(zhì)的容量。根據(jù)流體流中汞的種類(例如無機或離子)，可以使用包含不同活性化合物的吸著介質(zhì)來高效地減少多種汞物質(zhì)的水平。在一些實施方案中，流體流包含無機汞，并且包含硫化物物質(zhì)的吸著介質(zhì)可用于減少汞的水平。在其他實施方案中，流體流包含離子汞，并且包含硫酸鹽的吸著介質(zhì)可用于減少汞的水平。因此，本發(fā)明的另一個方面包含識別待處理的液體中存在的污染物物質(zhì)的類型；以及選擇活性化合物，該化合物與最適于減少所識別的污染物水平的介質(zhì)鍵合或連接。例如，如果確定待處理的液體包含離子汞污染物，則包含硫酸鐵、硫酸鋁和/或硫酸銅(例如下文所述的介質(zhì)#1)的介質(zhì)被選擇最適用于除去所述的污染物。相反，如果所述的液體包含離子和無機汞污染物，則包含硫酸鹽和硫化物物質(zhì)(例如下文所述的介質(zhì)#3)的介質(zhì)被選擇最適用于除去所述的污染物。而且，可以選擇介質(zhì)的組合來處理具有離子和無機汞污 染物的污染的流，其中所述組合的至少一種介質(zhì)包含硫酸鹽物質(zhì)并且所述組合的至少一種其他介質(zhì)包含硫化物物質(zhì)(例如下文所述的介質(zhì)#1和介質(zhì)#6)。提供以下介質(zhì)及其制造的具體參數(shù)作為可以通過本文所公開的技術(shù)制備和使用的介質(zhì)的示例性實例。應(yīng)該理解的是，這些實例僅僅是示例性的，以及其他介質(zhì)和它們的制造的具體的參數(shù)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，各種溫度、壓力、持續(xù)時間、成分的濃度、材料和材料的量都是特定的。應(yīng)該理解的是這些參數(shù)是示例性的，并且可以改變從而得到所需的介質(zhì)的組成。此外，下表1-3列出的具體參數(shù)描述了用于以相對小的量制備示例性介質(zhì)的過程。盡管認(rèn)為這些過程可以直接按比例來生產(chǎn)相對大量的所需介質(zhì)，但是用于制備相對大量的其他技術(shù)可以使用不同于所述表中列出的參數(shù)。在以下描述中提供了此類參數(shù)的可變性的實例。在以下實例中，提供了介質(zhì)的污染物容量。為了測定污染物的容量，使用了 2種方法。在第一種方法中(本文稱為“旋轉(zhuǎn)測試”)，將O. 5克具體的介質(zhì)與O. 25升標(biāo)準(zhǔn)溶液(例如包含已知初始濃度的污染物物質(zhì)的水)混合。使用磁力攪拌板將介質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液在大約500-800RPM下攪拌大約5分鐘。然后，將介質(zhì)/溶液混合物過濾通過I. 0-1. 2 μ m過濾器/真空裝置(例如具有真空過濾的47mm, I. 2 μ m Versapor Membrane Disc Filter)。然后，在收集的濾液中進行污染物分析，并通過初始污染物濃度與最終污染物濃度的差值乘以標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積、然后除以所用的介質(zhì)的重量來測定介質(zhì)的容量。在第二種污染物容量的測試方法中(本文稱為“柱測試”)，使用內(nèi)部直徑為大約lcm、高為46cm的玻璃柱。將該柱填滿足夠的介質(zhì),從而形成高度為大約8_9cm的壓緊的部分。將大約I升的標(biāo)準(zhǔn)溶液以大約4ml/min泵送通過所述的柱。收集通過柱的溶液，并測定其中污染物的濃度。通過初始污染物濃度與最終污染物濃度的差值乘以標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積、然后除以用于形成壓緊的部分的介質(zhì)的重量來測定介質(zhì)的容量。此外，還使用其他柱的構(gòu)造、介質(zhì)的量以及流速來測定介質(zhì)污染物的容量，其中標(biāo)準(zhǔn)溶液與介質(zhì)之間的接觸時間為大約2分鐘。在一些測試中，暫停標(biāo)準(zhǔn)溶液的流動，然后得到介質(zhì)的最終容量。在這種情況下，所述的容量報告為至少在測試暫停一刻所得到的容量。本文所公開的所有容量的測試數(shù)據(jù)都描述了用于離子汞物質(zhì)的介質(zhì)容量。示例件的實施例介質(zhì)#1根據(jù)表I所述的方法制備活性介質(zhì)，即，介質(zhì)#1。此外，方法100的代表性步驟也列于表I中。表I-用于制造介質(zhì)#1的示例性參數(shù)權(quán)利要求
1.一種吸著介質(zhì)，其包含 負(fù)載體基底，該負(fù)載體基底包含多孔金屬材料；以及 與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)， 其中所述的介質(zhì)包含至少IOmol%的鋁物質(zhì)。
2.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。
3.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的負(fù)載體基底包含氧化鋁。
4.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)進一步包含鐵物質(zhì)。
5.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)基本上不含鐵物質(zhì)。
6.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)包含至少50mol%的硫酸鹽。
7.權(quán)利要求6所述的吸著介質(zhì),其中所述的硫物質(zhì)包含至少90mol%的硫酸鹽。
8.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)包含至少80mol%的硫化物。
9.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì),其中所述的吸著介質(zhì)的硫含量為至少I.4mol%。
10.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少IOOOmg汞Ag介質(zhì)。
11.權(quán)利要求10所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少2000mg汞Ag介質(zhì)。
12.權(quán)利要求11所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少3000mg汞Ag介質(zhì)。
13.權(quán)利要求12所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少10，OOOmg萊Ag介質(zhì)。
14.權(quán)利要求I所述的吸著介質(zhì)，其中當(dāng)所述的介質(zhì)與流體接觸時，相對于在不具鍵的情況下被除去的硫物質(zhì)的量而言，所述的硫物質(zhì)與所述的負(fù)載體基底之間的鍵減少了由所述的負(fù)載體基底中除去的硫物質(zhì)的量。
15.—種吸著介質(zhì),其包含 負(fù)載體基底，該負(fù)載體基底包含多孔金屬材料；以及 與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)， 其中所述的介質(zhì)包含至少9mol%的鐵物質(zhì)。
16.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。
17.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的負(fù)載體基底包含氧化鐵。
18.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的負(fù)載體基底包含用于除去氣體流中的硫化合物的含鐵催化劑。
19.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的介質(zhì)進一步包含鋁物質(zhì)。
20.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì),其中所述的硫物質(zhì)包含至少70mol%的硫化物。
21.權(quán)利要求20所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)包含至少80mol%的硫化物。
22.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)包含至少60mol%的硫酸鹽。
23.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的硫含量為至少7.3mol%。
24.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少400mg汞Ag介質(zhì)。
25.權(quán)利要求24所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少IOOOmg汞Ag介質(zhì)。
26.權(quán)利要求25所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少3500mg汞Ag介質(zhì)。
27.權(quán)利要求26所述的吸著介質(zhì)，其中所述的吸著介質(zhì)的污染物容量為至少12，OOOmg 萊Ag介質(zhì)。
28.權(quán)利要求15所述的吸著介質(zhì)，其中當(dāng)所述的介質(zhì)與流體接觸時，相對于在不具鍵 的情況下被除去的硫物質(zhì)的量而言，所述的硫物質(zhì)與所述的負(fù)載體基底之間的鍵減少了由所述的負(fù)載體基底中除去的硫物質(zhì)的量。
29.一種用于制造吸著介質(zhì)的方法，包括 選擇包含多孔金屬材料的負(fù)載體基底； 提供摻雜混合物，該混合物包含溶解于溶劑中的第一硫物質(zhì)； 在第一溫度下，使所述的所選的負(fù)載體基底與所述的摻雜混合物接觸第一持續(xù)時間，從而形成經(jīng)摻雜的基底；以及 在第二溫度下，使所述的經(jīng)摻雜的基底在所述的所選的氣氛環(huán)境下反應(yīng)第二持續(xù)時間，從而形成所述的吸著介質(zhì)， 其中所述的吸著介質(zhì)包含與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的第二硫物質(zhì)。
30.權(quán)利要求29所述的吸著介質(zhì)，其中所述的第二硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。
31.權(quán)利要求29所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括由基于鐵、基于氧化鋁、基于娃、基于欽、基于碳以及它們的混合物的基底中選擇負(fù)載體基底。
32.權(quán)利要求31所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括選擇含有鐵的材料。
33.權(quán)利要求31所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括選擇含有氧化鋁的材料。
34.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的摻雜混合物包含硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸銅和氯化銅中的至少一者。
35.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的第一溫度為大約20°C至大約60°C。
36.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的第一持續(xù)時間為大約20分鐘至大約45分鐘。
37.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的第二溫度為大約150°C至大約400°C。
38.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的第二持續(xù)時間為大約O.5小時至大約2小時。
39.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約2vol%至大約5vol %的硫化氫。
40.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約3vol%至大約IOvol%的氫氣。
41.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約50vol%至大約95vol %的氮氣。
42.權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含少于大約35vol%的空氣。
43.—種制造吸著介質(zhì)的方法,包括選擇包含多孔金屬材料的負(fù)載體基底； 選擇包含至少硫化氫的氣氛環(huán)境；以及 在第一溫度下，使所述的負(fù)載體基底在所述的所選的氣氛環(huán)境下反應(yīng)第一持續(xù)時間，從而形成所述的吸著介質(zhì)， 其中所述的所選的吸著介質(zhì)包含與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)。
44.權(quán)利要求43所述的吸著介質(zhì)，其中所述的第二硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。
45.權(quán)利要求43所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括由基于鐵、基于氧化鋁、基于娃、基于欽、基于碳以及它們的混合物的基底中選擇負(fù)載體基底。
46.權(quán)利要求45所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括選擇含有鐵的材料。
47.權(quán)利要求45所述的方法，其中選擇所述的負(fù)載體基底包括選擇含有氧化鋁的材料。
48.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的第一溫度為大約120°C至大約400°C。
49.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的第一持續(xù)時間為大約I小時至大約5小時。
50.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約2vol%至大約5vol %的硫化氫。
51.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約3vol%至大約IOvol%的氫氣。
52.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含大約50vol%至大約95vol %的氮氣。
53.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境包含少于大約35vol%的空氣。
54.權(quán)利要求43所述的方法，其進一步包含將元素硫與所述的所選的基底混合，然后使所述的負(fù)載體基底在所述的所選的氣氛環(huán)境下反應(yīng)。
55.權(quán)利要求54所述的方法，其中與所述的所選的基底混合的所述的元素硫的量占結(jié)合的所述的元素硫和所述的所選的基底總重量的大約10wt%至大約35wt%。
56.權(quán)利要求54所述的方法，其中所述的第一溫度為大約130°C至大約300°C。
57.權(quán)利要求54所述的方法，其中所述的第一持續(xù)時間為大約O.5小時至大約2小時。
58.權(quán)利要求54所述的方法,其中所述的氣氛環(huán)境包含大約85vol%至大約95vol %的氮氣。
59.權(quán)利要求54所述的方法，其中所述的氣氛環(huán)境基本不包含空氣。
60.一種降低流體中的金屬物質(zhì)污染物的水平的方法，該方法包括 將包含所述的金屬物質(zhì)污染物的流體與吸著介質(zhì)接觸，其中所述的吸著介質(zhì)包含與負(fù)載體基底化學(xué)鍵合的硫物質(zhì)。
61.權(quán)利要求60所述的吸著介質(zhì)，其中所述的硫物質(zhì)通過離子鍵和共價鍵中的至少一者與所述的負(fù)載體基底化學(xué)鍵合。
62.權(quán)利要求60所述的方法,其中所述的負(fù)載體基底包含基于鐵、基于氧化招、基于娃、基于鈦和基于碳的基底中的至少一者。
63.權(quán)利要求62所述的方法，其中所述的負(fù)載體基底包含鐵物質(zhì)。
64.權(quán)利要求62所述的方法，其中所述的負(fù)載體基底包含氧化鋁。
65.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的硫物質(zhì)包含硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫化物物質(zhì)中的至少一者。
66.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的流體包含水性流體。
67.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含砷、汞、D區(qū)金屬和重金屬物質(zhì)中的至少一者。
68.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含鋇、鍶、鈾、鉛、鈦、鋅和鉻物質(zhì)中的至少一者。
69.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種離子汞物質(zhì)，所述的方法進一步包括根據(jù)所述的包含硫化物物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的所述的硫物質(zhì)，由多個吸著介質(zhì)中選擇所述的用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。
70.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種無機汞物質(zhì)，所述的方法進一步包括根據(jù)所述的包含硫酸鹽物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的所述的硫物質(zhì)，由多個吸著介質(zhì)中選擇所述的用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。
71.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種無機汞物質(zhì)和至少一種離子汞物質(zhì)，所述的方法進一步包括根據(jù)所述的包含硫酸鹽物質(zhì)和硫化物物質(zhì)的所選吸著介質(zhì)的所述的硫物質(zhì)，由多個吸著介質(zhì)中選擇所述的用于接觸所述的流體的吸著介質(zhì)。
72.權(quán)利要求60所述的方法，其中所述的金屬物質(zhì)污染物包含至少一種無機汞物質(zhì)和至少一種離子汞物質(zhì)，所述的方法進一步包括根據(jù)所述的包含硫酸鹽物質(zhì)的第一所選吸著介質(zhì)和所述的包含硫化物物質(zhì)的第二所選介質(zhì)的所述的硫物質(zhì)，由多個吸著介質(zhì)中選擇所述的用于接觸所述的流體的第一吸著介質(zhì)和第二吸著介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于除去流體流中的污染物的吸著介質(zhì)。該吸著介質(zhì)包含與負(fù)載體基底或基質(zhì)化學(xué)鍵合或連接的活性化合物。負(fù)載體基底可以包含基于鐵和基于氧化鋁的材料。此外，本發(fā)明還描述了制備用于除去流體流中的污染物的吸著介質(zhì)的方法。該方法包含選擇負(fù)載體基底，以及可任選地提供包含活性化合物的摻雜混合物。所述的所選的負(fù)載體基底可以與摻雜混合物接觸，從而形成摻雜混合物。該摻雜混合物可以在預(yù)定的溫度和氣氛環(huán)境下反應(yīng)預(yù)定的持續(xù)時間，從而形成活性介質(zhì)，其中所述的活性化合物與所述的負(fù)載體基底鍵合或連接。
文檔編號B01J20/00GK102648045SQ201080030494
公開日2012年8月22日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者A·E·庫赫爾, G·薩科, H·A·亞當(dāng)斯 申請人:馬爾系統(tǒng)公司