活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭的脱硫再生性能测试

　　二氧化硫是工业活动中释放的主要空气污染物。该气体主要来自化石燃料(煤，石油和天然气)的燃烧，燃烧用于发电和铜，铝，锌，铅和铁等矿物的冶炼。工业生产的二氧化硫随意排放到大气中会引起酸雨，从而造成空气污染，土壤酸化，水污染和建筑结构破坏。在空气污染控制领域，由于活性炭的硫含量极低，并且对硫化合物的选择性高，因此已广泛用于脱硫。活性炭是主要的二氧化硫吸附剂，特点是含有丰富的含氧基团和高度多孔结构的特性可以增强对二氧化硫的物理吸附性能。

　　活性炭脱硫的意义和反应过程

　　活性炭吸附二氧化硫直至达到饱和极限。在大多数情况下，饱和的活性炭无法重复使用，而是被填埋或焚烧。饱和活性炭的再生是工业和经济等方面所需的功能，再生饱和材料的方法主要包括热处理，氧化，微波辐射和电化学方法。考虑到成本，吸附效率和再生循环次数，热处理是废吸附剂再生的合适方法。该方法既简单又通用，可以获得更好的环境和工业效益。方程(1)–(3)中显示了在活性炭对二氧化硫的吸附和解吸过程中的通用反应机理：

　　(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实验

　　实验装置如图1所示。使用单因素实验研究活性炭剂量，氧气含量和烟道气流速对活性炭吸附的影响。将一定量的吸附剂放在15×150 mm的U形管中，并在混合气流下(在恒定混合气体中含有2000 ppm 二氧化硫，一定量的氧气)在60°C的水中加热。，并用氮气平衡二氧化硫的量用便携式烟气分析仪分析废气中的废气。计算吸附剂活性炭的脱硫效率，从而确定了合适的吸附条件。

　　图1：活性炭的脱硫性能测试装置。

　　活性炭的特性和脱硫再生

　　经过多次再生后从活性炭孔结构方面来看，热再生后样品表面似乎具有更多的微孔和中孔结构(图2b)。此外，如图2所示，在大孔内观察到一些微孔结构e，f。在第8个循环后，孔不规则排列并部分塌陷。比较脱硫前后活性炭的表面形态，再生后样品表面会沉积一些不规则形状的白色颗粒，可能是硫酸盐。一些微孔被这些颗粒堵塞。结果表明，再生后产生了新的微孔，这有利于活性炭对二氧化硫的吸附，而硫酸盐的沉积导致脱硫活性下降，且再生持续不断。

　　图2：在0(a)，2(b)，4(c)，6(d)，8(e)，10(f)循环数后经过再生处理的活性炭的SEM图像。

　　活性炭经过十个吸附解吸循环后的二氧化硫穿透曲线如图3所示。在适当的吸附条件下，未使用过的活性炭在最初十分钟内的平均脱硫率约为96%。多次再生后，脱硫效率逐渐降低。首先，原因之一可能是热处理后微孔破裂。由于其热稳定性和机械稳定性，在中孔碳材料(例如多孔碳纳米纤维)中，此问题可以最小化。第二，活性炭的表面产生的再生，活性炭的微孔的一部分这一情况之后被封堵。另外，在热处理过程中可能发生一定量的碳损失。尽管如此，在第十个循环中仍达到了95.4%的高脱硫效率。

　　图3：再生活性炭的脱硫效率，其中0-10代表循环数。

　　活性炭的脱硫再生，在当前合适吸附条件下，经过10个加热的再生循环，观察到了活性炭的表征和脱硫效率。在热再生期间，微孔被破坏，其中一些被活性炭表面的硫酸盐颗粒阻塞。然而，由于硫酸蚀刻，从微孔到中孔的范围内的孔宽度增加，并且产生了一些新的微孔。因此，活性炭的比表面积和孔体积略有增加。没用过的活性炭的脱硫效率为98.7%。十个循环后脱硫效率为95.4%。结果表明活性炭十个热再生循环后还具有较高的脱硫能力，其吸附效率和脱硫性能仅略有下降，因此可以得出结论，活性炭是适用于多次吸附-脱硫循环的材料。

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