采用粉白酒糟活化炭为原料有什么不同?

• 来源：广东冠森炭业科技有限公司q 更新时间：2021-05-17点击：768次

• 　　采用粉白酒糟活化炭为原料有什么不同?文摘：由于活性炭具有较高的比表面积和孔容，所以它具有很强的吸附能力，被广泛研究并应用于烟气净化领域。综述了活性炭脱硫脱硝的基本原理，并对活性炭的制备、提高机械强度、孔结构控制及表面改性等方面的研究进展进行了系统的介绍，分析了比表面积、孔容及表面化学性质等因素对活性炭脱硫脱硝性能的影响规律。控制活性炭孔结构和表面化学官能团的形成，减少循环消耗，是改善活性炭材料脱硫脱硝性能的一个重要方向。

  

  　　以活性炭在烟气净化工艺中的应用性能优化为主线，着重对活性炭材料制备及机械强度调节、孔隙结构调节和表面改性等方面的研究进展进行了系统的介绍和分析。

  　　活性炭脱硫脱硝的基本原理。

  　　采用粉白酒糟活化炭为原料有什么不同?碳材料脱硝的典型技术是活性焦法脱硝技术，简称为Mitsui-BF，由德国BergbauForschung公司1976年开发，采用图1所示的活性焦移动床吸附器，按照1~3反应式完成整个烟气净化过程。第一级脱硫系统中有烟气，SOx被活性焦吸附，在空气和水分存在的条件下进行反应(1)被催化氧化为吸附态硫酸，活性焦随后被送到再生反应器，按照(2)式热解进行再生，在380~420℃时释放出高浓度的SO2活性焦，经过冷却后可以回收;第二级脱硝塔中有烟气与氨气混合，NOx按(3)式还原为N2，洁净尾气后排空。该工艺脱硫脱硝反应温度为100~200℃，脱硫效率可达97%以上，氮氧化物去除率可达80%~85%。

  　　SO2+1/2O2+H2O→SO4(1)

  　　SO4+1/2C→SO2+1/2CO2+H2O(2)

  　　1/4O2+NO+NH3+N2+3/2H2O(3)

  　　活性炭烟气脱硫脱硝研究进展。

  　　在烟气脱硫脱硝过程中，孔隙结构和表面特性决定了活性炭对氮氧化物和SO2的吸附和催化性能，孔隙结构还影响活性炭在硫酸和硫酸盐中的贮存能力以及活性炭的使用寿命。

  　　二是脱硫脱硝活性炭的制备和性能优化。

  　　2.1准备情况。

  　　在活性炭的生产原料方面，煤质活性炭和木质活性炭比较常见。工业烟气净化需要大量活性炭，常用烟煤、褐煤等廉价易得的原料制备活性炭。废茶叶、桃壳、松子壳等农业废弃物也可作为活性炭原料。

  　　制备方法主要有前处理、成型、炭化、活化四个步骤。原材料预处理包括脱灰和预氧化。除灰工艺可以丰富孔隙，改善活性炭的吸附性能，但成本较高。预氧化可以降低活化温度，提高吸附性能和收率;成形方法主要有碳前体碳化直接成型法和粉末活性炭人工成型法。例如：松子外壳在350~600℃直接炭化，筛分出粒度为10mm的炭化料在750~900℃用水蒸汽活化，活性炭的碘吸附值可达950mg/g。采用这种前驱体直接炭化成型的方法制备的活性炭，虽然具有较高的比表面积和吸附性能，但在高温活化过程中易导致成型颗粒结构崩塌和机械强度下降。

  　　采用粉白酒糟活化炭为原料，采用羧甲基纤维素为增稠剂，煤焦油和酒糟活性炭灰分碱处理溶出液进行粘合成型，经4MPa成型压力下，制得的成型活性炭碘吸附容量大于600mg/g，经500~800热处理，侧压强度保持在120N/cm以上。近几年，化学自成形方法得到了广泛的研究，即使在木质活性炭中加入磷酸或氯化锌等脱水剂，使木质素或纤维素发生水解、脱水和缩合，直接生成具有一定比表面积的活性炭。用50%磷酸浸渍杉木屑，溶解后揉捏成型，在450℃保温1h，直接制得比表面积大于1600m2/g的活性炭。采用自成型工艺需要消耗大量的脱水剂，成本较高，且一般以天然植物为原料，经炭化、活化后主要转化为较松散的无定型炭，机械强度较低，在运输过程中易产生粉尘，不适合大规模工业化生产。

  　　2.优化机械强度。

  　　采用粉白酒糟活化炭为原料有什么不同?在大规模工业化生产活性炭时，对强度的要求是必不可少的。海浪型活性炭生产企业选择了几种不同产地的市场上常见的活性炭，研究发现，煤质活性炭的机械强度明显优于椰壳活性炭。用土耳其沥青质(含40%的灰分)作为碳源，经过高温压力膨胀预炭化和三步升温炭化，制备出密度为800kg/m3、平均孔径为150μm的泡沫碳，经1323K炭化，抗压强度由沥青原料的10MPa提高到18MPa，并将沥青中高浓度的灰分成泡沫碳，从而增加机械强度。对比了三井公司生产的煤质、煤焦油沥青质、石油沥青质及AR泡沫碳(萘经催化聚合后生成)的密度和抗压强度，发现碳材料的密度分别为160~800,560~670,340,200~600kg·m-3，相应的抗压强度分别为2.5~18.7,8~18.2,3.9,1~4MPa。

  　　孔结构完善，碳骨架脆弱，力学强度下降;当前工业中主要采用粉末状原料，通过加入粘结剂经挤压成型，经过高温炭化，制成理想形状的活性炭。本发明主要通过加入粘结剂来达到成型及强度要求，其关键是粘结剂的选择和炭化活化工艺条件的控制。无机胶虽然能明显提高活性炭的强度，但加入过量易造成比表面积减小，脱硫脱硝性能下降。但在随后的锻烧过程中，有机粘结剂的碳化转变为疏松的无定型碳，对机械强度的改善作用有限。海浪状活性炭生产厂家发现椰壳活性炭的抗压强度很难达到5MPa以上，而焦油活性炭则比较容易达到6.02MPa(密度0.55g·cm-3)，采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为粘结剂，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为增塑剂，通过混合、硬化成型和900℃的炭化处理，得到的椰壳活性炭的抗压强度也相应地提高了，在400MPa的成型压力下，焦油活性炭的抗压强度可以达到6.02MPa(密度0.55g·cm-3)，而相应的椰壳活性炭的比表面积为4.50MPa(密度0.59g·cm-3)。

  　　用太西煤为原料，在200kN压力下，加入15%天然粘结剂NPA，经炭化、水蒸汽活化后，在800℃活化，活化时间从90min延长至180min时，其机械强度从93.04%降低到88.32%。用陕西榆林的废弃半焦，用煤焦油作粘结剂，经600℃碳化、800℃CO2活化，制得抗压强度为11.21MPa的柱状活性焦，其平均脱硫率达90%。

  　　孔隙结构对脱硫脱硝效果的影响。

  　　比表面积3.1

  　　关于孔容量和比表面积对活性炭脱硫性能和硫容的影响，已有大量的研究，研究结果不一。利用水蒸汽在850~950℃活化制得煤质活性焦，采用含SO22000ppm的模拟烟气，在5000h-1空速下进行脱硫实验，结果表明，硫容与总比表面积及孔容均无关联，但与微孔比表面积呈很好的相关关系，微孔比表面积大的活性焦的硫容硫容也较大;微孔是发生脱硫反应的主要场所，脱硫后活性焦微孔体积相对于原活性焦减少0.0115cm3/g，证明脱硫后SO2>被氧化为SO3储存在微孔中。由于微波再生过程中C与生成的H2SO4反应产生的碳烧失，增大了比表面积，增大了孔容，循环17次后，在300W和400W再生功率下的碳烧失率分别为19%和27.8%(质量分数)，比表面积从524.9m2·g-1增加到721.2m2·g-1，硫容从70mg·g-1增加到85mg·g-1。

  　　活性炭的微孔比表面积与SO2的吸附量之间存在较大的线性相关关系，说明在此条件下，SO2的吸附量主要受微孔的影响，但在较低的吸附量和较高的吸附温度下，SO2的吸附量不仅与微孔有关，而且与SO2的进气浓度和床层反应温度有关。

  　　3.2孔径大小和孔径分布。

  　　活化炭的孔结构和比表面积对脱硫脱硝效果有一定影响。以中孔为传质通道，以微孔为活性炭吸附、脱附的储藏场所。用空气流速237.7h-1在30℃下吸附H2S(体积分数2%)和SO2(体积分数1%)，出口总硫量可降至10mg/m3，以吸附气量折合单质硫计算，在此条件下，每克活性炭可吸附64.27mg单硫量，研究发现约0.5nm的微孔为吸附的主要活性位，而中孔对深度脱硫作用作用不大。

  　　海浪状活性炭生产厂家分别采用椰壳和煤制备了一系列孔结构活性炭，并在1209℃下脱硫，结果表明，孔结构发达的样品硫容较高，但硫容与孔结构不成线性关系，在500~800m2/g范围内，比表面积与硫容呈一定的线性关系，因此，当活性位数相当时，较大的比表面积有利于活性位的均匀分布，同时也增加了反应物的扩散区域，可以更有效地利用孔容作为储存空间。用活性炭纤维研究了孔径分布对活性炭脱硫的影响，结果表明，ACF的初始吸附速率与孔径呈反比，而总吸附速率由孔径和孔径体积共同决定;高温处理可增大孔径，从而增加SO2的吸附速率，其中，1000℃热处理时ACF的吸附速率较高;

  　　采用活化法制备了一系列废茶粉活性炭，但吸附比表面大(1485m2/g)的样品的脱硫性能反而较差，微孔孔径增大使吸附势减小，不利于活性炭吸附SO2，相对孔径约0.7nm的样品脱硫效果较好。当进气浓度较高、吸附温度较低时，活性炭孔容量与吸附量呈良好的线性关系，吸附温度为298K，吸附量为75000mg/m3时，线性相关系数达到了0.9578。但当入口浓度较低，吸附温度较高时，活性炭孔容利用率相对较低，总孔容与SO2吸附量之间的线性相关系数较小。

  　　活性炭具有丰富的孔隙结构，具有较强的吸附性能，这是其脱硫脱硝的前提，但整体脱硝效果与比表面积、孔径不一定成正比。其吸附SO2的能力和催化NO的能力受多种因素的综合影响，除孔结构外，活性炭表面化学性质也起着重要作用。

  　　四是表面改性的研究。

  　　采用粉白酒糟活化炭为原料有什么不同?活性炭表面官能团的种类对其脱硫脱硝性能影响较大。在活性炭表面发现的碱性官能团(主要包括部分含氧和含氮官能团)，有助于吸附脱除酸性气体。在活性位处，氧元素很容易通过化学吸附形成表面含氧官能团，这种作用的存在使活性炭表面积增大。