活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭在烧结烟气处理后的再生

　　活性炭由于具有较大的比表面积、发达的孔结构和丰富的官能团，具有良好的吸附性能。近年来，越来越多地应用于烧结烟气净化行业，如脱硫。经过一段时间的工业应用，活性炭的吸附能力无法通过解吸恢复，难以继续使用，产生大量废活性炭。由于吸附的物质含有二氧化硫和二恶英以及来自烧结烟气的其他危险污染物，因此废活性炭通常被视为危险废物。目前处理废活性炭的主要方式是焚烧或填埋，往往造成严重的二次环境污染和资源浪费。因此，废活性炭的再生最近因其经济、环境和能源效益而受到越来越多的关注。

　　活性炭的再生方法

　　再生主要是通过解吸分解去除吸附的污染物，恢复活性炭的吸附能力。再生技术的选择与吸附物质的种类和特性密切相关。本次提出使用Na2CO3溶液、HF溶液和CO2连续处理的方法来再生活性炭。沉积的硫酸盐转化为碳酸盐，然后去除。此外，通过CO2处理也改变了质地特性以增强吸附能力。研究了吸附-再生循环和再生条件对硫转化率和再生效率的影响。此外，通过多种测试方法在模拟烧结烟气下，在固定床反应器中评估再生活性炭的效率。

　　图1：烧结烟气处理饱和后的活性炭再生方法。

　　活性炭和危废活性炭的区别

　　活性炭和饱和后的活性炭C含量，可以看出饱和活性炭的C含量低于活性炭，活性炭为93.62wt%，而饱和后的危废活性炭降低到83.06wt%。S的含量从0.21wt%增加到4.96wt%，Ca、Si和Cl的含量分别为2.21、1.85和1.77wt%。这是因为吸附在活性炭上的离子在烧结烟气净化过程中没有被消除，而是反应形成无机化合物沉积在活性炭上。为了了解沉积在危废活性炭上的无机化合物的微观结构和分布，危废活性炭和活性炭的SEM图像显示在图​2。从中可以看出​图2a-c表明活性炭表面光滑，孔隙清晰可见。还有许多不同孔径的圆形孔。危废活性炭表面粗糙，孔道完全被针状、块状和颗粒状化合物覆盖。结合SEM图像和EDS分析，针状化合物为CaSO4，主要分布在两部分。CaSO4大部分在孔隙周围，少量附着在块状化合物上。标有“2”的相代表嵌入活性炭孔隙中的灰色块状物，即SiO2。此外，活性炭表面存在少量角状颗粒，经鉴定为KCl。CaSO4、SiO2、KCl沉积在孔隙中，导致传质阻力增加，脱硫能力下降。

　　图2：活性炭和危废活性炭的SEM图像和EDS结果。(a)危废活性炭图像;(b,c)活性炭图像(1)CaSO4;(2)的SiO2;(3)KCl。

　　Na2CO3浓度对废活性炭硫转化率的影响

　　Na2CO3溶液浓度与硫转化率的关系如图​3。可以得出结论，在低Na2CO3溶液浓度下，溶液浓度的增加也增加了硫转化率。当Na2CO3溶液浓度为0.1mol/L时，硫转化率仅为75.02%。随着溶液浓度继续上升到0.5mol/L，硫的转化率高达94.60%。这是因为溶液中扩散速率随着溶液浓度的增加而加快，以更好地与硫酸盐接触，从而提高转化效果。然而，当Na2CO3当浓度超过0.5mol/L时，硫转化率的变化减慢，确定为最佳Na2CO3浓度。

　　图3：Na2CO3溶液浓度与废活性炭硫转化率的关系(再生时间1小时，L/S=10)。

　　活化温度对活性炭再生效率的影响

　　废活性炭在Na2CO3溶液和HF溶液处理后具有良好的吸附性能。然而，织构特性的恢复并不显着，废活性炭的微孔率占总孔隙率的百分比低于活性炭。CO2活化处理可以改善废活性炭的质构特性，提高脱硫能力。活化温度对废活性炭再生效率和产率的影响列于图4。随着活化温度从500℃提高到800℃，再生效率从82.15%提高到110.5%，产率逐渐下降。这是因为活性炭在高温下与CO2反应使原始碳重新活化，进一步发展了活性炭的阻塞孔隙度并产生了新的孔隙。然而，当温度为900℃时，再生效率严重下降到97.35%。这可能是由于活化反应的继续增强会导致原有的孔结构被破坏，部分微孔塌陷为中孔。

　　图4：活化温度对再生效率和产率的影响。

　　活性炭在烧结烟气处理后的再生，采用了Na2CO3溶液、HF溶液和CO2的新型连续处理方法可以有效地从烧结烟气净化过程中再生废活性炭。无机化合物如CaSO4和SiO2以及KCl的沉积导致活性炭失活，Na2CO3溶液可以将CaSO4转化为CaCO3并去除水溶性化合物，如KCl。硫转化率首先显着增加，然后随着Na2CO3浓度的增加变化减慢。当Na2CO3浓度为0.5mol/L时，硫转化率自由基高达94.6%。另外在各种溶剂浓度和温度都达到较好的水平，总体再生效率可达111%

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