活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　能源需求的增長是由于人口持續(xù)增長，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，影響了未來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)格局的重要問題。可再生能源是目前資源控制和資源生產(chǎn)的相關(guān)連續(xù)能源供應(yīng)的關(guān)鍵，沼氣是由氣體混合物通過在厭氧條件下由幾種微生物引起的有機(jī)物質(zhì)的降解形成的，當(dāng)用作天然氣替代品時(shí)，沼氣的質(zhì)量規(guī)格是有標(biāo)準(zhǔn)的。活性炭吸附技術(shù)是有希望的凈化沼氣的技術(shù)，即生物甲烷或生物氫。這些技術(shù)主要取決于活性炭的能力和操作參數(shù)。本期的重點(diǎn)是通過開發(fā)新型活性炭吸附沼氣中的雜質(zhì)從而升級(jí)沼氣質(zhì)量規(guī)格。

　　活性炭通常用于吸附，因?yàn)樗�具有高表面積，微孔性，熱穩(wěn)定性，高去除能力，以及與其他孔隙材料材料(如沸石，金屬有機(jī)物，多孔二氧化硅等)相比每單位體積活性炭的成本更低。此外，其表面性質(zhì)，孔體積，表面積和化學(xué)性質(zhì)決定了整體吸附性能，其先前的氮氧化物、硫化氫和揮發(fā)性有機(jī)物的研究證明了其在污染物處理方面的能力。我們發(fā)現(xiàn)，浸漬活性炭通過增加吸附劑表面活性位點(diǎn)的數(shù)量來改善和提高吸附性能。然而，不同氣體的結(jié)果不同。因此，用于吸附硫化氫的材料具有適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)。在比表面，大小和孔分布方面的表面特性。硫化氫氣體化合物非常小，所以需要使用具有發(fā)達(dá)的微孔率的活性炭來吸附。

　　活性炭的化學(xué)浸漬

　　活性炭的化學(xué)活化建議是每0.35千克活性炭浸漬的化學(xué)物質(zhì)占比7%，這僅對(duì)某些浸漬材料有效。在本研究中，使用其他材料(以恒定的浸漬比率)來制備活性炭。將活性炭在40.8g/L浸漬溶液中浸泡30分鐘，然后在120℃下干燥過夜。分別由KOH，KI，Na 2 CO 3，ZnAC 2和CuSO 4浸漬的活性炭。

　　硫化氫吸附器操作

　　在設(shè)計(jì)為0.3米長的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單吸附塔單元中檢查六種活性炭對(duì)硫化氫的吸附性能。每種活性炭的高度指的是不同的活性炭載荷，分別為0.032kg，0.105kg和0.155kg。通過單次進(jìn)料H 2 S/N 2(1000 ppm H 2 S余量N 2)或H 2 S/N 2/CO 2(1000 ppm H 2)的混合氣體觀察吸附性能。圖1(A)和圖1(B)分別顯示了硫化氫吸附系統(tǒng)的示意圖和實(shí)際照片。

　　圖1：活性炭吸附硫化氫系統(tǒng)。

　　活性炭的表征分析

　　進(jìn)行SEM分析以觀察合成活性炭的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)。圖2顯示了新鮮的，即在吸附-解吸過程之前的活性炭樣品的SEM圖像。基于圖2，它表明浸漬的活性炭的外表面在大孔中具有各種尺寸的裂縫，裂縫和一些顆粒。然后，使用連接到SEM儀器的EDX檢測(cè)器來估計(jì)活性炭樣品表面上的特定元素的量。

　　圖2：性炭樣品的SEM顯微照片圖像。

　　活性炭的吸附性能

　　通過使用經(jīng)受不同操作參數(shù)的混合氣體測(cè)試活性炭性能，例如流速，所用長度床，所用氣體類型和活性炭。為了確定吸附容量，穿透點(diǎn)和飽和點(diǎn)分別表示硫化氫濃度何時(shí)在出口流處達(dá)到1ppm和1000ppm。此外，數(shù)據(jù)表示為重復(fù)三次的平均結(jié)果。

　　圖3：活性炭與混合氣體對(duì)進(jìn)料流速影響的突破曲線。

　　吸附劑類型和氣體組成的影響H 2 S/N 2氣體和H 2 S/N 2/CO 2(混合氣體)具有不同的吸附容量。吸附作為物理吸附發(fā)生，其開始于H 2 S 的本體料流轉(zhuǎn)移到吸附劑的表面上。圖4說明了在環(huán)境條件下使用不同類型的吸附劑，氣體組成(H 2 S/N 2和H 2 S/N 2/CO 2氣體)和5.5L/min的進(jìn)料流速的吸附性能。出口H 2S濃度隨突破點(diǎn)處的S曲線在0.001處增加，并且由于兩種類型氣體的飽和H 2 S而幾乎恒定在1.0。突破時(shí)間發(fā)現(xiàn)兩種氣體組成的顯著差異是由于存在CO 2氣體。基于圖4，具有H 2 S/N 2的進(jìn)料氣體組成顯示乙酸鋅浸漬活性炭與其它吸附劑相比具有更高的吸附容量。

　　圖4：活性炭對(duì)混合氣體的吸附容量比較及其不足。

　　與原始活性炭相比，浸漬的活性炭通過若干操作參數(shù)(例如流速，吸附劑類型，L/D吸附劑比率和不同的氣體組成)增強(qiáng)了活性炭吸附硫化氫氣體的能力。此外，收集活性炭的特征作為支持吸附劑的化學(xué)和物理特性的證明以及制備吸附-解吸操作的指導(dǎo)。它表明乙酸鋅浸漬活性炭能夠用作硫化氫吸附劑用于幾個(gè)循環(huán)的吸附過程。活性炭將在用于沼氣凈化吸附過程的幾個(gè)循環(huán)中保持硫化氫吸附的能力。

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