关于脱硫脱硝用活性炭的研究进展

关于脱硫脱硝用活性炭的研究进展

马涛

天津智汇新材料有限公司 天津301907

摘要：工业时代以来，煤炭、石油等化石能源应用于工业生产，极大地提高了社会生产力，促进了社会经济的发展。但是直接燃烧等利用方式伴随而来的是大量碳氧化合物和粉煤灰的排放。粉煤灰的主要成分为硅酸盐、硅铝酸盐、氧化硅以及硫酸盐等颗粒性物质，也包含大量的灰尘、SOx、NOx等物质，这些物质是温室效应、酸雨、臭氧层破坏等降低人类生存质量的严重环境问题的原因，20世纪后期尤其是21世纪以来，减少工业生产对人居环境的影响引起了全世界环保工作者的重视。

关键词：脱硫脱硝；活性炭；生态环境；酸碱性

引言：活性炭作为一种由含碳物质加工得到的人工制品，具有孔隙发达、比表面积大、性质稳定、表面官能团丰富的特点。活性炭已经在国防、化工、食品及日常生活多个领域得到广泛使用，主要用于气体吸附/分离，水净化、催化剂载体、食品脱色等方面。近年来，活性炭在环境、新能源等领域显现出广阔的应用前景。我国主要的环境问题为SO2和NOx排放量超过大气环境容量，如近些年高发的雾霾天气，与大气中形成的硫酸盐或硝酸盐类气溶胶存在较高的相关性，活性炭干法烟气净化技术可减轻SO2和NOx排放带来的环境污染。活性炭干法烟气净化技术工艺简单、占地面积小，可将烟气中粉尘、SO2及NOx一体化脱除，并且废水、废渣等二次污染排放量少。

1活性炭

活性炭是一种黑色块状或粉末状。活性炭中除了碳元素外，还包括化学结合的元素，主要为氢和氧，这两种元素因为未被完全碳化，从而会导致残留在炭中，或者在实际活化期间，来自外界的非炭元素与活性炭表面相结合。此外，在活性炭中还会存在灰分，其是活性炭中的无机部分，其存在与活性炭中，容易引发二次污染。活性炭因为具有较强吸附性，因此，起被广泛的应用在生活和生产中，特别是在脱硝脱硫中，得到了广泛应用，并且，从实际应用情况来看，也取得了不错成绩。

2活性炭脱硫脱硝机理

活性炭可以在有水蒸气和氧气的情况下，对存在于烟气中的SO2，然后对活性炭进行洗涤或加热处理，从而实现循环利用。将NH3加入到活性炭脱硫系统中，可以在脱硫的同时，完成对NOx的脱除。

利用活性炭对SO2进行吸附，应当先通过物理方式完成相应的吸附后，再进行学吸附，这样才能够完成对SO2的吸附，从实际吸附情况来看，物理吸附量的减少会导致反应介质减少，这会对化学反应速率造成一定程度限制。

3脱硫脱硝用活性炭的改性分析

活性炭在具体应用该过程中，其吸附和催化性能与其比哦你按官能团类型、空隙结构、孔径分布都有着密切联系，或者在活性炭表面引入或去除某些官能团，这会使活性炭表面酸性发生变化，从而使活性炭在具体应用过程中脱销脱硫性能得到进一步提升，在应用期间，发挥出更好的脱硫脱硝性能。

3.1物理法改性

通过微博辐射和热处理方式，达到改性活性炭的的作用，在具体处理过程中，对微波功率、热处理、辐射时间等各项内容进行适当调节，从而达到控制活性炭表面官能团数量，以及具体类型的作用，进而使活性炭表现化学性发生主变，提高活性炭在具体应用过程中吸附性。超声波能量足够大时，可以而形成超神声空化现象，这一情况的发生，会产生具有较强冲击力的微射流，从而能够加速活性炭表面各种物质的扩散速度，使活性炭性能发生变化，在利用超声波对活性炭的性能进行改变时，具体处理时间，超声波作用时间，以及物理参数上的差别，都会对活性炭的性能造成不良影响，从以往的研究经验来看，采用超神波对活性炭进行处理时，能够使活性炭中空间发生变化，并且活性炭表面积会随着超声波处理时间的延长而变小。

3.2化学法改性

在对活性炭的进行活化期间，会在活性炭表面产生大量还有氧官能团的羟基、脂基等，这些含氧官能团的出现，或是活性炭在应用过程中，表面呈现出氧化或还原、亲水或疏水等各种不同性能。活性炭的化学改性可以通过以下方法实现：

3.2.1表面氧化改性

采用该方法进行改性，实际作业期间，就是通过氧化剂对活性炭进行处理，通过氧化剂完成相应的处理后，活性炭表现的含氧官能团数量将会增多，这会使活性炭成呈现出清水性。目前，处理活性炭的常用氧化剂有过氧化氢、硝酸等，需要注意的是，采用的氧化剂具有一定的腐蚀性，在实际作业过程中，各项操作都必须要严格的依据相应的规范进行，避免错误操作，引发安全会事故，造成经济损失及人员伤亡。

3.2.2表面还原改性

通过对还原剂进行应用，对活性炭进行处理，进而使活性炭表面的含氧碱官能团数量不断增多，这将会使活性炭的表面呈碱性，这将会使其对NOx、SO2等酸性的物质的吸附能力得到进一步提高。从以往的研究经验来看，活性炭的碱性主要来自Lewis碱，因此，在对活性炭表面进行处理时，可以通过氨水浸渍或者具有较强还原性的气体展开相应的处理，最终获取到具有较强吸附酸性物质的活性炭，在脱硫脱硝处理过程中，对该活性炭进行应用，可以起到良好的效果，从而达到改善生态环境的最终目的。需要特别注意的是，浸渍液浓度偏度过过高，会对活性炭在应用期间的脱硫脱硝性能造成不良影响，引起该现象的原因可能由于浸渍溶液过高，致使活性炭中的微孔遭受阻塞，而浸渍液浓度过低，在会导致活性炭中的吸附活性位变少，这将会影响活性炭的脱硝脱硫性能，可见，在通过该方式对活性炭进行改性处理时，要控制好浸渍液的浓度。

4烟气净化用活性炭发展趋势

经过多年研究和生产实践，制备烟气净化用活性炭的技术壁垒已被打破。烟气净化用活性炭为浅度活化生产，相应的活化设备单台产能较大。国内烟气净化用活性炭生产能力由2018年约20 万t/a激增至目前的约70 万t/a。活性炭烟气净化技术在焦化、烧结等工序的低运行成本是相对于其他技术的关键竞争力之一，但这是以较低的活性炭价格为代价。而不断上涨的原料煤、焦油价格使得烟气净化用活性炭不再是一种具有较高附加值和利润的产品，因此必须在原料、生产工艺方面进行优化。

4.1生产原料的优化

国内生产烟气净化用活性炭的最初阶段，为了保证产出综合强度高、脱硫性能好的产品，通常采用优质年轻侏罗纪无烟煤为主要原料配煤生产。与生产高指标、高吸附性能的活性炭需要充分活化不同，烟气净化用活性炭为浅度活化生产。这不仅是生产工艺的差别，更意味着对原料的要求不同，即生产烟气净化用活性炭不需要选用具有持续造孔性能的原材料。文献报道可以利用多种易得、廉价的农业废弃物为原料，经过传统的炭化-水蒸气活化制得孔隙较为发达的活性炭。利用生物质制备的烟气净化用活性炭机械强度较低，堆积密度难以满足现有国标要求，这是其微晶结构特点所决定的，所以目前应用生物质作为原料生产烟气净化用活性炭并不是理想选择。

4.2炭活化一体设备应用

烟气净化用活性炭经过浅度活化即可满足孔隙初步发育的要求，因此完全可以不另专设活化炉，在炭化-活化一体炉内完成全部高温生产工艺过程。一方面可以降低投资，缩减生产用地，此外半成品炭化料不需要经过冷却降温—升温活化—再冷却降温过程，减少了物料输送过程的损耗，节约了循环冷却水等能量消耗。由于中低温热解的炭化过程和水蒸气活化温度有所差别，所需补充热量不一致，因此在炭化-活化一体炉内部结构及蒸汽通入等方面需要优化设计。目前，炭化-活化一体工艺及装备已在国内一些大型的烟气净化用活性炭生产企业得到了成功应用，极大降低了烟气净化活性炭生产线的投资及运行成本。

5 总结与展望

综合目前的研究现状可以看出，活性炭在脱硫脱硝方面仍需重点展开的工作包括：对活性炭成型技术和耐磨损强度的提高，对孔径孔结构和表面化学官能团的精准控制，以及二者对脱硫脱硝效果的影响规律和机理的研究，同时控制生产过程的成本，开发低能耗高效的再生方法。

参考文献：

[1]刘光辉.活性炭联合脱硫脱硝技术探讨[J].山东工业技术，2019（10）：20.

[2]黄丽,刘石彩,杨华.水蒸气活化法制备松子壳活性炭的研究[J].中南林业科技大学学报,2017(3):111-115.