王志剛

摘 要：SO2的排放會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，在可持續(xù)發(fā)展理念下，環(huán)保領(lǐng)域高度重視降低燃煤煙氣中SO2的排放量。本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探討熱處理改性的活性碳纖維的脫硫活性，旨在明確表面含氧官能團(tuán)種類與脫硫活性關(guān)系、CO釋出量與ACF脫硫活性關(guān)系，從而促進(jìn)活性碳纖維應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，來(lái)改善煙氣脫硫成效，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：熱處理改性;活性碳纖維;脫硫活性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.057

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品制備及改性

在本次實(shí)驗(yàn)中，所選用的原料主要是乙烯渣油瀝青炭纖維ETO，在不同的溫度條件下，以水蒸氣進(jìn)行協(xié)調(diào)活化處理，不同溫度下所開(kāi)展活化的時(shí)間的有所不同，通過(guò)此種方式可制出ACF樣品，實(shí)驗(yàn)操作的順利進(jìn)行還需要準(zhǔn)備好粘膠基ACF樣品。以ACF樣品為對(duì)象，在高純N2保護(hù)下，保持持續(xù)升溫速率加熱室溫，加熱后室溫不可低于600℃，不可高于1200℃，其中升溫速率一般為10℃/h，加熱后保持恒溫狀態(tài)，1h后令其自然冷卻，從而為ACF樣品的熱處理改性操作創(chuàng)造有利條件。熱處理改性樣品的獲得，以HT為主要標(biāo)志，比如1200℃條件下ETP-1熱處理后所獲得的樣品可通過(guò)ETP-1（HTP1200）來(lái)表示。樣品氧化熱處理改性的實(shí)現(xiàn)主要在空氣環(huán)境下開(kāi)展，在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下進(jìn)行氧化處理，受到N2保護(hù)，以標(biāo)準(zhǔn)速率持續(xù)升高至標(biāo)準(zhǔn)溫度，保持1h恒溫狀態(tài)，之后對(duì)所獲得的氧化熱處理改性樣品進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，以元素、比表面積和孔結(jié)構(gòu)作為主要分析元素，確定其相關(guān)參數(shù)，對(duì)ACF樣品開(kāi)展具體分析。

1.2 SO2連續(xù)脫除

該操作的開(kāi)展以固定床反應(yīng)器為主要環(huán)境，固定床反應(yīng)器的內(nèi)徑為8mm，其中ACF質(zhì)量不可低于0.05g，不可超出0.25g，令裝填高度自A25mm以內(nèi)，但不可低于5mm，對(duì)煙氣中SO2、O2及H2O的密度進(jìn)行模擬，以火焰光度檢測(cè)器對(duì)進(jìn)出口氣體中所含的SO2進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中以30℃為最佳反應(yīng)溫度，氣體流速控制在100ml/min。

1.3 樣品表征

在本次實(shí)驗(yàn)中，選用產(chǎn)自美國(guó)的ASAP2000型吸附儀來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，明確其比表面積與孔結(jié)構(gòu)，在液氮溫度下通過(guò)N2來(lái)實(shí)現(xiàn)有效吸附。在BET方程與H-K法的作用下，對(duì)樣品比表面積和孔體積加以確定，以石英玻璃裝置作為主要反映環(huán)境，開(kāi)展CO-TPD實(shí)驗(yàn)和CO2-TPD實(shí)驗(yàn)。通過(guò)質(zhì)譜儀來(lái)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)操作中所釋放出的CO和CO2，在30℃條件下，以100ml/min作為標(biāo)準(zhǔn)氣體流速，測(cè)定ACF吸附氣體的具體容量，確定SO2的密度，掌握好ACF吸附氣體的具體吸附時(shí)間，對(duì)SO2和O2的吸附量進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，并適當(dāng)調(diào)整氣流中O2比例，在其余條件相同的情況下測(cè)定SO2吸附量。以鹽酸溶液作為反應(yīng)環(huán)境，將樣品浸泡其中48h，之后進(jìn)行過(guò)慮，以NAOH溶液進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)鹽酸溶液濃度變化來(lái)計(jì)算樣品對(duì)于鹽酸的消耗量，據(jù)此可確定樣品表面堿性官能團(tuán)總量。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱處理改性ACF的脫硫活性

由于熱處理溫度條件有所不同，在ACF改性后，SO2脫除能力在O2和H2O條件下也存在一定差異。通過(guò)研究可知，對(duì)于ETP來(lái)說(shuō)，改性處理能夠在一定程度上改善其脫硫活性，SO2完全脫除的時(shí)間也會(huì)發(fā)生明顯變化，隨著出口濃度的增長(zhǎng)，穩(wěn)態(tài)脫除率可達(dá)10.4%。在熱處理作用下，隨著溫度的升高，ETP的脫硫活性也會(huì)有所提升。待SO2完全脫除后，其濃度會(huì)有所增加，在平衡狀態(tài)下可脫除比例可達(dá)80.4%，此時(shí)可通過(guò)熱處理溫度的提升來(lái)改善ACF的脫硫活性，降低熱處理溫度升高對(duì)于微晶排列、定向與長(zhǎng)大所產(chǎn)生的影響，降少活性炭邊緣部位缺陷。當(dāng)m（ACF）為0.10g時(shí)，ACF的脫硫活性可通過(guò)熱處理來(lái)改善，若這一值為0.05g時(shí)，以1000℃作為反應(yīng)條件，則在熱處理?xiàng)l件下，能夠達(dá)到最佳的脫硫活性。在1100℃條件下，通過(guò)熱處理可在一定程度上提升煤焦油瀝青基ACF的脫硫活性，在改性條件下，令OG-10A達(dá)到95%的平衡SO2脫除率。也就是說(shuō)，在惰性氣氛下，通過(guò)高溫?zé)崽幚碜饔媚軌驅(qū)υ线M(jìn)行科學(xué)化處理，令A(yù)CF脫硫活性得到明顯提升，當(dāng)ACF比表面積相近的情況下，令其最佳熱處理溫度與其現(xiàn)實(shí)情況相對(duì)應(yīng)，此時(shí)熱處理改性能夠達(dá)到良好的效果，脫硫活性也發(fā)生明顯變化，相對(duì)比而言，粘膠基ACF的脫硫活性最強(qiáng)，其次是煤焦油瀝青基ACF，以乙烯渣油瀝青基ACF的脫硫活性最弱。

2.2 表面含氧官能團(tuán)種類與脫硫活性關(guān)系

在不同種類含氧官能團(tuán)的作用下，ACF表面熱穩(wěn)定性也存在一定差異，于不同溫度條件下開(kāi)展熱處理改性操作后，ACF在表面化學(xué)性質(zhì)方面會(huì)有所不同，這就勢(shì)必會(huì)影響其在氣體方面的吸附量與吸附效果，進(jìn)而影響ACF的脫硫活性。在惰性氣氛條件下，若溫度較高，通過(guò)熱處理能夠令A(yù)CF表面堿性官能團(tuán)總量處于增加狀態(tài)，通過(guò)觀察其變化規(guī)律不難發(fā)現(xiàn)，其所受ACF實(shí)際吸附能力的影響較小，與SO2吸附量變化存在明顯差異。在熱處理過(guò)程中，表面含氧官能團(tuán)會(huì)發(fā)生分解，此種條件下會(huì)產(chǎn)生一定碳原子，并且呈不飽和狀態(tài)，與此同時(shí)受到活性中心的影響，導(dǎo)致ACF的吸附能力發(fā)生變化。

2.3 CO釋出量與ACF脫硫活性關(guān)系

在高溫?zé)崽幚碜饔孟?，ACF的脫硫能力得到一定改善，促進(jìn)CO釋放量的增加。若在引入所釋出CO官能團(tuán)之后進(jìn)行熱處理，則能夠進(jìn)一步改善ACF脫硫活性。在熱處理改性的過(guò)程中，氧化劑的選用是重要的前提，一般以空氣、O2、HNO3為主，在氧化處理后于惰性氣氛中實(shí)現(xiàn)熱處理，其脫硫活性要明顯優(yōu)于直接熱處理改性的樣品。其中，以O(shè)2、開(kāi)展氧化熱處理的樣品更具優(yōu)良的脫硫活性，研究發(fā)現(xiàn)CO官能團(tuán)數(shù)量與ACF脫硫活性之間存在正比例關(guān)系。

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