采用粉白酒糟活化炭為原料有什么不同?

• 來(lái)源：廣東冠森炭業(yè)科技有限公司q 更新時(shí)間：2021-05-17點(diǎn)擊：754次

• 　　采用粉白酒糟活化炭為原料有什么不同?文摘：由于活性炭具有較高的比表面積和孔容，所以它具有很強(qiáng)的吸附能力，被廣泛研究并應(yīng)用于煙氣凈化領(lǐng)域。綜述了活性炭脫硫脫硝的基本原理，并對(duì)活性炭的制備、提高機(jī)械強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)控制及表面改性等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，分析了比表面積、孔容及表面化學(xué)性質(zhì)等因素對(duì)活性炭脫硫脫硝性能的影響規(guī)律?？刂苹钚蕴靠捉Y(jié)構(gòu)和表面化學(xué)官能團(tuán)的形成，減少循環(huán)消耗，是改善活性炭材料脫硫脫硝性能的一個(gè)重要方向。

  

  　　以活性炭在煙氣凈化工藝中的應(yīng)用性能優(yōu)化為主線，著重對(duì)活性炭材料制備及機(jī)械強(qiáng)度調(diào)節(jié)、孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和表面改性等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹和分析。

  　　活性炭脫硫脫硝的基本原理。

  　　采用粉白酒糟活化炭為原料有什么不同?碳材料脫硝的典型技術(shù)是活性焦法脫硝技術(shù)，簡(jiǎn)稱為Mitsui-BF，由德國(guó)BergbauForschung公司1976年開發(fā)，采用圖1所示的活性焦移動(dòng)床吸附器，按照1~3反應(yīng)式完成整個(gè)煙氣凈化過程。第一級(jí)脫硫系統(tǒng)中有煙氣，SOx被活性焦吸附，在空氣和水分存在的條件下進(jìn)行反應(yīng)(1)被催化氧化為吸附態(tài)硫酸，活性焦隨后被送到再生反應(yīng)器，按照(2)式熱解進(jìn)行再生，在380~420℃時(shí)釋放出高濃度的SO2活性焦，經(jīng)過冷卻后可以回收;第二級(jí)脫硝塔中有煙氣與氨氣混合，NOx按(3)式還原為N2，潔凈尾氣后排空。該工藝脫硫脫硝反應(yīng)溫度為100~200℃，脫硫效率可達(dá)97%以上，氮氧化物去除率可達(dá)80%~85%。

  　　SO2+1/2O2+H2O→SO4(1)

  　　SO4+1/2C→SO2+1/2CO2+H2O(2)

  　　1/4O2+NO+NH3+N2+3/2H2O(3)

  　　活性炭煙氣脫硫脫硝研究進(jìn)展。

  　　在煙氣脫硫脫硝過程中，孔隙結(jié)構(gòu)和表面特性決定了活性炭對(duì)氮氧化物和SO2的吸附和催化性能，孔隙結(jié)構(gòu)還影響活性炭在硫酸和硫酸鹽中的貯存能力以及活性炭的使用壽命。

  　　二是脫硫脫硝活性炭的制備和性能優(yōu)化。

  　　2.1準(zhǔn)備情況。

  　　在活性炭的生產(chǎn)原料方面，煤質(zhì)活性炭和木質(zhì)活性炭比較常見。工業(yè)煙氣凈化需要大量活性炭，常用煙煤、褐煤等廉價(jià)易得的原料制備活性炭。廢茶葉、桃殼、松子殼等農(nóng)業(yè)廢棄物也可作為活性炭原料。

  　　制備方法主要有前處理、成型、炭化、活化四個(gè)步驟。原材料預(yù)處理包括脫灰和預(yù)氧化。除灰工藝可以豐富孔隙，改善活性炭的吸附性能，但成本較高。預(yù)氧化可以降低活化溫度，提高吸附性能和收率;成形方法主要有碳前體碳化直接成型法和粉末活性炭人工成型法。例如：松子外殼在350~600℃直接炭化，篩分出粒度為10mm的炭化料在750~900℃用水蒸汽活化，活性炭的碘吸附值可達(dá)950mg/g。采用這種前驅(qū)體直接炭化成型的方法制備的活性炭，雖然具有較高的比表面積和吸附性能，但在高溫活化過程中易導(dǎo)致成型顆粒結(jié)構(gòu)崩塌和機(jī)械強(qiáng)度下降。

  　　采用粉白酒糟活化炭為原料，采用羧甲基纖維素為增稠劑，煤焦油和酒糟活性炭灰分堿處理溶出液進(jìn)行粘合成型，經(jīng)4MPa成型壓力下，制得的成型活性炭碘吸附容量大于600mg/g，經(jīng)500~800熱處理，側(cè)壓強(qiáng)度保持在120N/cm以上。近幾年，化學(xué)自成形方法得到了廣泛的研究，即使在木質(zhì)活性炭中加入磷酸或氯化鋅等脫水劑，使木質(zhì)素或纖維素發(fā)生水解、脫水和縮合，直接生成具有一定比表面積的活性炭。用50%磷酸浸漬杉木屑，溶解后揉捏成型，在450℃保溫1h，直接制得比表面積大于1600m2/g的活性炭。采用自成型工藝需要消耗大量的脫水劑，成本較高，且一般以天然植物為原料，經(jīng)炭化、活化后主要轉(zhuǎn)化為較松散的無(wú)定型炭，機(jī)械強(qiáng)度較低，在運(yùn)輸過程中易產(chǎn)生粉塵，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

  　　2.優(yōu)化機(jī)械強(qiáng)度。

  　　采用粉白酒糟活化炭為原料有什么不同?在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)活性炭時(shí)，對(duì)強(qiáng)度的要求是必不可少的。海浪型活性炭生產(chǎn)企業(yè)選擇了幾種不同產(chǎn)地的市場(chǎng)上常見的活性炭，研究發(fā)現(xiàn)，煤質(zhì)活性炭的機(jī)械強(qiáng)度明顯優(yōu)于椰殼活性炭。用土耳其瀝青質(zhì)(含40%的灰分)作為碳源，經(jīng)過高溫壓力膨脹預(yù)炭化和三步升溫炭化，制備出密度為800kg/m3、平均孔徑為150μm的泡沫碳，經(jīng)1323K炭化，抗壓強(qiáng)度由瀝青原料的10MPa提高到18MPa，并將瀝青中高濃度的灰分成泡沫碳，從而增加機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)比了三井公司生產(chǎn)的煤質(zhì)、煤焦油瀝青質(zhì)、石油瀝青質(zhì)及AR泡沫碳(萘經(jīng)催化聚合后生成)的密度和抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)碳材料的密度分別為160~800,560~670,340,200~600kg·m-3，相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度分別為2.5~18.7,8~18.2,3.9,1~4MPa。

  　　孔結(jié)構(gòu)完善，碳骨架脆弱，力學(xué)強(qiáng)度下降;當(dāng)前工業(yè)中主要采用粉末狀原料，通過加入粘結(jié)劑經(jīng)擠壓成型，經(jīng)過高溫炭化，制成理想形狀的活性炭。本發(fā)明主要通過加入粘結(jié)劑來(lái)達(dá)到成型及強(qiáng)度要求，其關(guān)鍵是粘結(jié)劑的選擇和炭化活化工藝條件的控制。無(wú)機(jī)膠雖然能明顯提高活性炭的強(qiáng)度，但加入過量易造成比表面積減小，脫硫脫硝性能下降。但在隨后的鍛燒過程中，有機(jī)粘結(jié)劑的碳化轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻臒o(wú)定型碳，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的改善作用有限。海浪狀活性炭生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)椰殼活性炭的抗壓強(qiáng)度很難達(dá)到5MPa以上，而焦油活性炭則比較容易達(dá)到6.02MPa(密度0.55g·cm-3)，采用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)作為粘結(jié)劑，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)作為增塑劑，通過混合、硬化成型和900℃的炭化處理，得到的椰殼活性炭的抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)地提高了，在400MPa的成型壓力下，焦油活性炭的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到6.02MPa(密度0.55g·cm-3)，而相應(yīng)的椰殼活性炭的比表面積為4.50MPa(密度0.59g·cm-3)。

  　　用太西煤為原料，在200kN壓力下，加入15%天然粘結(jié)劑NPA，經(jīng)炭化、水蒸汽活化后，在800℃活化，活化時(shí)間從90min延長(zhǎng)至180min時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度從93.04%降低到88.32%。用陜西榆林的廢棄半焦，用煤焦油作粘結(jié)劑，經(jīng)600℃碳化、800℃CO2活化，制得抗壓強(qiáng)度為11.21MPa的柱狀活性焦，其平均脫硫率達(dá)90%。

  　　孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)脫硫脫硝效果的影響。

  　　比表面積3.1

  　　關(guān)于孔容量和比表面積對(duì)活性炭脫硫性能和硫容的影響，已有大量的研究，研究結(jié)果不一。利用水蒸汽在850~950℃活化制得煤質(zhì)活性焦，采用含SO22000ppm的模擬煙氣，在5000h-1空速下進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，結(jié)果表明，硫容與總比表面積及孔容均無(wú)關(guān)聯(lián)，但與微孔比表面積呈很好的相關(guān)關(guān)系，微孔比表面積大的活性焦的硫容硫容也較大;微孔是發(fā)生脫硫反應(yīng)的主要場(chǎng)所，脫硫后活性焦微孔體積相對(duì)于原活性焦減少0.0115cm3/g，證明脫硫后SO2>被氧化為SO3儲(chǔ)存在微孔中。由于微波再生過程中C與生成的H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生的碳燒失，增大了比表面積，增大了孔容，循環(huán)17次后，在300W和400W再生功率下的碳燒失率分別為19%和27.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，比表面積從524.9m2·g-1增加到721.2m2·g-1，硫容從70mg·g-1增加到85mg·g-1。

  　　活性炭的微孔比表面積與SO2的吸附量之間存在較大的線性相關(guān)關(guān)系，說明在此條件下，SO2的吸附量主要受微孔的影響，但在較低的吸附量和較高的吸附溫度下，SO2的吸附量不僅與微孔有關(guān)，而且與SO2的進(jìn)氣濃度和床層反應(yīng)溫度有關(guān)。

  　　3.2孔徑大小和孔徑分布。

  　　活化炭的孔結(jié)構(gòu)和比表面積對(duì)脫硫脫硝效果有一定影響。以中孔為傳質(zhì)通道，以微孔為活性炭吸附、脫附的儲(chǔ)藏場(chǎng)所。用空氣流速237.7h-1在30℃下吸附H2S(體積分?jǐn)?shù)2%)和SO2(體積分?jǐn)?shù)1%)，出口總硫量可降至10mg/m3，以吸附氣量折合單質(zhì)硫計(jì)算，在此條件下，每克活性炭可吸附64.27mg單硫量，研究發(fā)現(xiàn)約0.5nm的微孔為吸附的主要活性位，而中孔對(duì)深度脫硫作用作用不大。

  　　海浪狀活性炭生產(chǎn)廠家分別采用椰殼和煤制備了一系列孔結(jié)構(gòu)活性炭，并在1209℃下脫硫，結(jié)果表明，孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的樣品硫容較高，但硫容與孔結(jié)構(gòu)不成線性關(guān)系，在500~800m2/g范圍內(nèi)，比表面積與硫容呈一定的線性關(guān)系，因此，當(dāng)活性位數(shù)相當(dāng)時(shí)，較大的比表面積有利于活性位的均勻分布，同時(shí)也增加了反應(yīng)物的擴(kuò)散區(qū)域，可以更有效地利用孔容作為儲(chǔ)存空間。用活性炭纖維研究了孔徑分布對(duì)活性炭脫硫的影響，結(jié)果表明，ACF的初始吸附速率與孔徑呈反比，而總吸附速率由孔徑和孔徑體積共同決定;高溫處理可增大孔徑，從而增加SO2的吸附速率，其中，1000℃熱處理時(shí)ACF的吸附速率較高;

  　　采用活化法制備了一系列廢茶粉活性炭，但吸附比表面大(1485m2/g)的樣品的脫硫性能反而較差，微孔孔徑增大使吸附勢(shì)減小，不利于活性炭吸附SO2，相對(duì)孔徑約0.7nm的樣品脫硫效果較好。當(dāng)進(jìn)氣濃度較高、吸附溫度較低時(shí)，活性炭孔容量與吸附量呈良好的線性關(guān)系，吸附溫度為298K，吸附量為75000mg/m3時(shí)，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.9578。但當(dāng)入口濃度較低，吸附溫度較高時(shí)，活性炭孔容利用率相對(duì)較低，總孔容與SO2吸附量之間的線性相關(guān)系數(shù)較小。

  　　活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的吸附性能，這是其脫硫脫硝的前提，但整體脫硝效果與比表面積、孔徑不一定成正比。其吸附SO2的能力和催化NO的能力受多種因素的綜合影響，除孔結(jié)構(gòu)外，活性炭表面化學(xué)性質(zhì)也起著重要作用。

  　　四是表面改性的研究。

  　　采用粉白酒糟活化炭為原料有什么不同?活性炭表面官能團(tuán)的種類對(duì)其脫硫脫硝性能影響較大。在活性炭表面發(fā)現(xiàn)的堿性官能團(tuán)(主要包括部分含氧和含氮官能團(tuán))，有助于吸附脫除酸性氣體。在活性位處，氧元素很容易通過化學(xué)吸附形成表面含氧官能團(tuán)，這種作用的存在使活性炭表面積增大。