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用于烧结烟气脱硫脱硝的活性炭性质

时间:2020-09-15访问量:1639
 
       用于烧结烟气脱硫脱硝的活性炭性质。
       烧结是一个在高温燃烧条件下发生的复杂物理化学过程,所排放的烟气具有温度低(一般80~180 ℃)、成分复杂、排放量大等特点,其中SO2排放量占钢铁企业总排放量的60%以上,是钢铁生产过程中污染较严重的工序之一。因此,烧结烟气是钢铁企业烟气治理的重要对象。活性炭是一种具有多孔结构的碳材料,因其有巨大的比表面积,丰富的孔隙结构,稳定的化学性能和良好的吸附性能,被广泛应用于催化、吸附、能源储备以及医药等领域。近年来,活性炭法烟气处理技术由于可同步去除SO2、NOx、二噁英、重金属、粉尘等物质,且能实现烟气中SO2可资源化利用而日益受到人们的广泛关注。相关研究表明:活性炭的吸附和催化性能与比表面积、孔隙结构、表面官能团种类和数量等密切相关。为了提高活性炭在烟气治理中的吸附和催化能力,前人做了大量的活性炭改性研究。但活性炭作为吸附和催化的载体,自身的相关理化性质研究却鲜有报道。本研究选用市售的3种代表性活性炭:椰壳、果壳和煤质活性炭,分别对比表面积、孔隙结构、表面形貌、XRD晶相、组成元素和表面官能团进行表征与分析,相关研究结果可为活性炭的改性研究提供重要的参考依据,对改性方法的评估具有积极的参考意义。
        烟气脱硫脱硝
       活性炭的吸附特性不仅与比表面积和孔隙结构有关,与化学元素组成也有密切关系。通过分析活性炭表面的组成元素,对研究活性炭的化学吸附机理有积极的参考意义。电子探针(EMPA)在研究物质表面的元素组成及其分布有独特的优势,通过电子探针分析3种活性炭的表面元素及其含量,结果列于表3。由表3可以看出,3种活性炭的主要成分都是碳和氧,其中碳元素都在95%以上,椰壳和果壳活性炭表面的氧元素较少,分别为3.038%和2.224%,煤质活性炭的氧元素最高,达到4.364%,这与活性炭的原材料有关。三种活性炭中都含有数量很小的硫元素和氯元素。相关研究表明:受原料和制备工艺的影响,活性炭中除了石墨微晶平面层边缘的碳原子外,在微晶平面层上还存在许多不成对的电子缺陷位,这些缺陷位和碳原子共同构成了活性炭表面的活性位,活性位吸附其他元素(如O、H、S和Cl等)生成稳定的表面络合物,形成表面化学官能团结构。因此,活性炭表面化学元素的表征在一定程度上,也能说明表面有机官能团的数量,3种活性炭的表面官能团主要是含氧官能团(如羧基—COOH),表面含氧官能团的存在极大提高了活性炭对氮氧化物的化学吸附能力。果壳活性炭的氧元素含量最低,比表面积也较低,不是一种理想的用于烧结烟气处理的碳材料,反观椰壳和煤质活性炭的氧元素含量较高,形成含氧官能团的几率较大,是用于烧结烟气治理的可选碳材料。
       3种活性炭都是以微孔为主的无定型碳材料,主要包含碳和氧元素,还包含少量的硫和氯元素,表面都含有与活性炭吸附相关的含氧官能团,但由于理化性质的差异,用于烧结烟气治理时的吸附和催化性能也不同。
       椰壳活性炭的具有比表面积大、孔道分布均匀、吸附速度快、杂质少等优点,不但微孔率高,而且还存在一定数量的大孔和中孔作为气体进出的通道,是用于烧结烟气治理的优秀碳材料。
       果壳活性炭微观表面杂乱,比表面积较小,微孔率仅为59.57%,微孔的数量较少,与吸附和催化性能密切相关的含氧官能团数量较少,用于烧结烟气的治理效果不佳。
       煤质活性炭微观表面凹凸不平,比表面积较大,但总孔容较小,微孔率却达82.76%,使得作为气体进出通道的中孔和大孔数量较少。在负载改性研究中,负载物质容易阻塞气体通道,且不利用活性炭吸附产物的解吸排放,若用于烧结烟气的治理还需要一定的扩孔手段,增加一定数量的中孔和大孔。
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