活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭在高濕廢氣中吸附二氧化硫

　　含硫燃料的燃燒會導致二氧化硫(SO2)的形成。當釋放到大氣中時，SO2形成酸雨。為了減少發電廠等工業系統的SO2排放，脫除廢氣中的二氧化硫是緩解酸雨的重要工藝。活性炭對水的親和力低，對二氧化硫等可極化分子的親和力高，使其成為廢氣選擇性吸附劑的好選擇。對于煙氣脫硫，具有低氧功能的活性炭由于其疏水性和對SO2的高親和力而成為有吸引力的候選者。這項工作研究了活性炭在干燥和潮濕條件下模擬煙氣中SO2吸附的結果。

　　動態突破吸附

　　使用內部建造的動態突破儀器測量合成煙氣在活性炭上的吸附。將活性炭樣品裝入測試池，所有樣品的標準氣時空速為530h-1。將樣品池放置在烘箱內進行溫度控制，并使用加熱塊將樣品池加熱至溫度高于T=60℃。使用質量流量控制器控制氣體的流量，并使用通用流量計驗證流量。對于干氣實驗，用干N2稀釋模擬煙氣，而對于濕氣實驗，用濕N2稀釋煙氣。濕N2是通過使干N2流過飽和器而產生的管子。使用四通閥將濕氣進料切換至吸附進料中和從吸附進料中切換出來，每個突破性實驗均進行三次。

　　活性炭在干濕廢氣中的吸附比較

　　干廢氣和濕廢氣實驗中對CO2和SO2的吸附能力比較如圖1所示。與CO2或N2相比，所有活性炭對SO2具有更大的親和力。活性炭從濕煙氣中吸附的CO2多于干煙氣中的CO2。活性炭對于濕煙氣實驗的CO2吸附能力略低。吸附了更多的CO2來自T=30℃吸附實驗的濕煙氣。相反，在T=60℃時，該樣品在濕煙氣實驗中具有較低的容量，而在T=90℃時具有相同的容量。有趣的是，對于大多數實驗來說，實驗之間的CO2吸附量沒有顯著差異。我們注意到，即使在水性系統中，碳酸的形成通常也是一個非常緩慢的過程，并且我們預計碳酸氫鹽不會主導濕式CO2吸附。對于所有實驗，CO2的量當吸附溫度升高時，吸附量減少，這是物理吸附機制所預期的。這些結果表明，一些次要的碳酸氫鹽物質可能是在較低的溫度下形成的。然而，在后來的紅外測量中沒有碳酸氫鹽。

　　圖1：五種活性炭在濕煙氣與干煙氣混合物中吸附的SO2量。圖中顯示了T=30℃(藍色)、60℃(綠色)和90℃(紅色)實驗結果。

　　活性炭的SO2/H2O選擇性

　　對于活性炭，濕煙氣實驗中的SO2吸附量大于干煙氣實驗中的SO2吸附量，這可能表明表面存在硫酸氫鹽物質。對于活性炭，實驗中濕煙氣中SO2的吸附量較高，而其他實驗顯示濕煙氣和干煙氣中的吸附量大致相同。與其他活性炭不同，有的活性炭含有更多的SO2。實驗中干燥煙氣中的吸附量高于濕煙氣中的吸附量。圖2比較了活性炭的SO2/H2O選擇性。活性炭1在五種活性炭中表現出最大的SO2/H2O選擇性，活性炭2其次。活性炭3對SO2的選擇性相對于H2O最低。活性炭上吸附的水量極少，并且水對吸附劑的親和力較低。因此，不需要很高的溫度來去除活性炭中的水，即，這里我們在150℃下進行再生，這遠低于吸濕性吸附劑通常使用的280℃。

　　圖2：對于再生條件，五種活性炭在T=30、60和90℃的吸附溫度下的SO2/H2O選擇性。

　　活性炭在高濕廢氣中吸附二氧化硫，從這實驗可以明顯看出，在干燥和潮濕條件下，活性炭均表現出相對于N2和CO2的對SO2的高選擇性。吸附實驗結果表明，所有五種活性炭對SO2均具有較高的親和力。在濕煙氣實驗中，活性炭顯示出最高的SO2容量再生下。在濕煙氣混合物的實驗中，活性炭具有最高的SO2容量。盡管如此，具有較高氧分數的活性炭在潮濕條件下顯示出SO2容量的大幅增加。潮濕條件下的吸附趨勢還顯示出更高的氧含量，從而導致更大的SO2吸附能力。最后，多組分吸附測試表明，在10次濕SO2循環后，任何活性炭的吸附性能均沒有變化。這些結果表明，具有低氧官能團濃度的活性炭是從廢氣系統中去除SO2的好材料。

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