活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　能源需求的增长是由于人口持续增长，经济持续增长，影响了未来的社会经济格局的重要问题。可再生能源是目前资源控制和资源生产的相关连续能源供应的关键，沼气是由气体混合物通过在厌氧条件下由几种微生物引起的有机物质的降解形成的，当用作天然气替代品时，沼气的质量规格是有标准的。活性炭吸附技术是有希望的净化沼气的技术，即生物甲烷或生物氢。这些技术主要取决于活性炭的能力和操作参数。本期的重点是通过开发新型活性炭吸附沼气中的杂质从而升级沼气质量规格。

　　活性炭通常用于吸附，因为它具有高表面积，微孔性，热稳定性，高去除能力，以及与其他孔隙材料材料(如沸石，金属有机物，多孔二氧化硅等)相比每单位体积活性炭的成本更低。此外，其表面性质，孔体积，表面积和化学性质决定了整体吸附性能，其先前的氮氧化物、硫化氢和挥发性有机物的研究证明了其在污染物处理方面的能力。我们发现，浸渍活性炭通过增加吸附剂表面活性位点的数量来改善和提高吸附性能。然而，不同气体的结果不同。因此，用于吸附硫化氢的材料具有适当的物理化学性质。在比表面，大小和孔分布方面的表面特性。硫化氢气体化合物非常小，所以需要使用具有发达的微孔率的活性炭来吸附。

　　活性炭的化学浸渍

　　活性炭的化学活化建议是每0.35千克活性炭浸渍的化学物质占比7%，这仅对某些浸渍材料有效。在本研究中，使用其他材料(以恒定的浸渍比率)来制备活性炭。将活性炭在40.8g/L浸渍溶液中浸泡30分钟，然后在120℃下干燥过夜。分别由KOH，KI，Na 2 CO 3，ZnAC 2和CuSO 4浸渍的活性炭。

　　硫化氢吸附器操作

　　在设计为0.3米长的实验室规模的单吸附塔单元中检查六种活性炭对硫化氢的吸附性能。每种活性炭的高度指的是不同的活性炭载荷，分别为0.032kg，0.105kg和0.155kg。通过单次进料H 2 S/N 2(1000 ppm H 2 S余量N 2)或H 2 S/N 2/CO 2(1000 ppm H 2)的混合气体观察吸附性能。图1(A)和图1(B)分别显示了硫化氢吸附系统的示意图和实际照片。

　　图1：活性炭吸附硫化氢系统。

　　活性炭的表征分析

　　进行SEM分析以观察合成活性炭的形态和表面结构。图2显示了新鲜的，即在吸附-解吸过程之前的活性炭样品的SEM图像。基于图2，它表明浸渍的活性炭的外表面在大孔中具有各种尺寸的裂缝，裂缝和一些颗粒。然后，使用连接到SEM仪器的EDX检测器来估计活性炭样品表面上的特定元素的量。

　　图2：性炭样品的SEM显微照片图像。

　　活性炭的吸附性能

　　通过使用经受不同操作参数的混合气体测试活性炭性能，例如流速，所用长度床，所用气体类型和活性炭。为了确定吸附容量，穿透点和饱和点分别表示硫化氢浓度何时在出口流处达到1ppm和1000ppm。此外，数据表示为重复三次的平均结果。

　　图3：活性炭与混合气体对进料流速影响的突破曲线。

　　吸附剂类型和气体组成的影响H 2 S/N 2气体和H 2 S/N 2/CO 2(混合气体)具有不同的吸附容量。吸附作为物理吸附发生，其开始于H 2 S 的本体料流转移到吸附剂的表面上。图4说明了在环境条件下使用不同类型的吸附剂，气体组成(H 2 S/N 2和H 2 S/N 2/CO 2气体)和5.5L/min的进料流速的吸附性能。出口H 2S浓度随突破点处的S曲线在0.001处增加，并且由于两种类型气体的饱和H 2 S而几乎恒定在1.0。突破时间发现两种气体组成的显着差异是由于存在CO 2气体。基于图4，具有H 2 S/N 2的进料气体组成显示乙酸锌浸渍活性炭与其它吸附剂相比具有更高的吸附容量。

　　图4：活性炭对混合气体的吸附容量比较及其不足。

　　与原始活性炭相比，浸渍的活性炭通过若干操作参数(例如流速，吸附剂类型，L/D吸附剂比率和不同的气体组成)增强了活性炭吸附硫化氢气体的能力。此外，收集活性炭的特征作为支持吸附剂的化学和物理特性的证明以及制备吸附-解吸操作的指导。它表明乙酸锌浸渍活性炭能够用作硫化氢吸附剂用于几个循环的吸附过程。活性炭将在用于沼气净化吸附过程的几个循环中保持硫化氢吸附的能力。

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