活性炭的脫硫再生性能測試

　　二氧化硫是工業(yè)活動中釋放的主要空氣污染物。該氣體主要來自化石燃料(煤，石油和天然氣)的燃燒，燃燒用于發(fā)電和銅，鋁，鋅，鉛和鐵等礦物的冶煉。工業(yè)生產(chǎn)的二氧化硫隨意排放到大氣中會引起酸雨，從而造成空氣污染，土壤酸化，水污染和建筑結(jié)構(gòu)破壞。在空氣污染控制領(lǐng)域，由于活性炭的硫含量極低，并且對硫化合物的選擇性高，因此已廣泛用于脫硫。活性炭是主要的二氧化硫吸附劑，特點(diǎn)是含有豐富的含氧基團(tuán)和高度多孔結(jié)構(gòu)的特性可以增強(qiáng)對二氧化硫的物理吸附性能。

　　活性炭脫硫的意義和反應(yīng)過程

　　活性炭吸附二氧化硫直至達(dá)到飽和極限。在大多數(shù)情況下，飽和的活性炭無法重復(fù)使用，而是被填埋或焚燒。飽和活性炭的再生是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)等方面所需的功能，再生飽和材料的方法主要包括熱處理，氧化，微波輻射和電化學(xué)方法�？紤]到成本，吸附效率和再生循環(huán)次數(shù)，熱處理是廢吸附劑再生的合適方法。該方法既簡單又通用，可以獲得更好的環(huán)境和工業(yè)效益。方程(1)–(3)中顯示了在活性炭對二氧化硫的吸附和解吸過程中的通用反應(yīng)機(jī)理：

　　(1)SO 2 + O 2 + H 2 O→H 2 SO 4

　　(2)活性炭 + 2H 2 SO 4 →CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

　　(3)活性炭 + H 2 SO 4 →CO + SO 2 + H 2 O

　　活性炭吸附二氧化硫?qū)嶒?yàn)

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。使用單因素實(shí)驗(yàn)研究活性炭劑量，氧氣含量和煙道氣流速對活性炭吸附的影響。將一定量的吸附劑放在15×150 mm的U形管中，并在混合氣流下(在恒定混合氣體中含有2000 ppm 二氧化硫，一定量的氧氣)在60°C的水中加熱。，并用氮?dú)馄胶舛�氧化硫的量用便攜式煙氣分析儀分析廢氣中的廢氣。計算吸附劑活性炭的脫硫效率，從而確定了合適的吸附條件。

　　圖1：活性炭的脫硫性能測試裝置。

　　活性炭的特性和脫硫再生

　　經(jīng)過多次再生后從活性炭孔結(jié)構(gòu)方面來看，熱再生后樣品表面似乎具有更多的微孔和中孔結(jié)構(gòu)(圖2b)。此外，如圖2所示，在大孔內(nèi)觀察到一些微孔結(jié)構(gòu)e，f。在第8個循環(huán)后，孔不規(guī)則排列并部分塌陷。比較脫硫前后活性炭的表面形態(tài)，再生后樣品表面會沉積一些不規(guī)則形狀的白色顆粒，可能是硫酸鹽。一些微孔被這些顆粒堵塞。結(jié)果表明，再生后產(chǎn)生了新的微孔，這有利于活性炭對二氧化硫的吸附，而硫酸鹽的沉積導(dǎo)致脫硫活性下降，且再生持續(xù)不斷。

　　圖2：在0(a)，2(b)，4(c)，6(d)，8(e)，10(f)循環(huán)數(shù)后經(jīng)過再生處理的活性炭的SEM圖像。

　　活性炭經(jīng)過十個吸附解吸循環(huán)后的二氧化硫穿透曲線如圖3所示。在適當(dāng)?shù)奈�附條件下，未使用過的活性炭在最初十分鐘內(nèi)的平均脫硫率約為96%。多次再生后，脫硫效率逐漸降低。首先，原因之一可能是熱處理后微孔破裂。由于其熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，在中孔碳材料(例如多孔碳納米纖維)中，此問題可以最小化。第二，活性炭的表面產(chǎn)生的再生，活性炭的微孔的一部分這一情況之后被封堵。另外，在熱處理過程中可能發(fā)生一定量的碳損失。盡管如此，在第十個循環(huán)中仍達(dá)到了95.4%的高脫硫效率。

　　圖3：再生活性炭的脫硫效率，其中0-10代表循環(huán)數(shù)。

　　活性炭的脫硫再生，在當(dāng)前合適吸附條件下，經(jīng)過10個加熱的再生循環(huán)，觀察到了活性炭的表征和脫硫效率。在熱再生期間，微孔被破壞，其中一些被活性炭表面的硫酸鹽顆粒阻塞。然而，由于硫酸蝕刻，從微孔到中孔的范圍內(nèi)的孔寬度增加，并且產(chǎn)生了一些新的微孔。因此，活性炭的比表面積和孔體積略有增加。沒用過的活性炭的脫硫效率為98.7%。十個循環(huán)后脫硫效率為95.4%。結(jié)果表明活性炭十個熱再生循環(huán)后還具有較高的脫硫能力，其吸附效率和脫硫性能僅略有下降，因此可以得出結(jié)論，活性炭是適用于多次吸附-脫硫循環(huán)的材料。

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