活性炭改性及其脫硫脫硝性能

發布(bu)日期：2023-03-15 　瀏覽次數：844

1 活性炭脫硫脫硝(xiao)機理(li)

1. 1 活性炭脫硫(liu)機(ji)理

活性炭(tan)表面(mian)吸(xi)附(fu) SO2 時,其孔隙結(jie)構中的微孔結(jie)構往往起著至關重要的作用(yong)。活(huo)性炭表面結(jie)構(gou)錯(cuo)綜復(fu) 雜(za),形態不一,尺寸大小各不相同,而 SO2 在活性炭上被吸附時(shi)首先(xian)就是(shi)接觸活性炭表面,因而活性炭豐富(fu)的(de) 孔(kong)結構為 SO2 提供了足夠的接觸空間,有利于活性炭(tan)吸附 SO2 。活(huo)性炭的(de)脫硫機(ji)理為表面活(huo)性位點(dian)先對 SO2 進行(xing)物(wu)理吸附,吸附態 SO2 再(zai)與 H2O 和 O2 產生化(hua)學反應,最終生成 H2 SO4 。

反應步驟如式(1) ~ 式(5):

SO2 (g) + AC→SO2 (a) (1)

O2 (g) + AC→O2 (a) (2)

H2O(g) + AC→H2O(a) (3)

2SO2 (a) + O2 (a) + 2H2O(a)→2H2 SO4 (a) (4)

H2 SO4 (a) + nH2O(a)→H2 SO4·nH2O(a) (5)

式(shi)中(zhong):a 是吸附態;g 是(shi)氣相;AC 表示表(biao)面活性位(wei)。

1. 2 活性炭脫硝機(ji)理(li) 活性炭用(yong)于脫除 NOx 的機(ji)理為 NO 先吸(xi)附在活性炭(tan)表面,然后在 O2 的作用下氧化生成 NO2 。同時,活性炭作為催化劑亦可大(da)大(da)降低 NH3 與 NOx 反應的活化能,從而(er)有(you)效提高脫(tuo)硝率。但活性炭以(yi)氧化(hua)反應(ying) 還(huan)是(shi)還(huan)原反應脫除氮氧化(hua)物目前尚未形成統一(yi)定(ding)論。主流觀點之(zhi)一(yi)是活(huo)性炭表(biao)面具有活(huo)性位,NO 和 O2 均被吸附(fu)于活性位(wei),吸附(fu)態的 NO 被 O2 氧化生成吸附(fu)態的 NO2 ,即(ji)脫硝符合 Langmuir-Hinshelwood(L-H)反應機理,反應方(fang)程如式(6) ~ 式(8):

NO + C→C—NO (6)

O2 + 2C→2C—O (7)

C—NO + C—O→C—NO2 + C (8)

主流觀點之二(er)認(ren)為(wei) NO(或 O2 )被吸附于(yu)活性炭表(biao)面(如(ru) Lewis 或 Bronsted 酸性位),然(ran)后(hou)吸附態 NO(或 O2 )與(yu)氣態的 O2 (或 NO)反應生成 C—NO2 [16] ,即 Eley-Rideal(E-R)反(fan)應機理,反應過(guo)程為式(9)和(he)式(shi)(10):

NO + C→C—NO (9)

2C—NO + O2→2C—NO2 (10)

以上兩種觀點認為氣態的 NO 被氧化成為(wei) NO2 后被吸附于(yu)活性(xing)炭表面及孔隙內。

主(zhu)流觀點三(san)認為 NO 的吸(xi)附(fu)可分為兩(liang)個獨(du)立過程。一(yi)是可逆過程(cheng),即在活性炭表面生成 NO 二聚物(wu)形式,如式(11)和式(12):

2NO(g)?(NO)2 (a) (11)

(NO)2 + 2C?2C(NO) (12)

二是不可逆(ni)過程,即 NO 被活性炭轉化為 N2 及 C(O)、C(O2 )形式[17] ,如式(13)和式(14):

2C + (NO)2→2C(O) + N2 (13)

2C + (NO)2→C(O2 ) + N2 (14)

活(huo)性炭豐富(fu)的孔隙結(jie)構對其吸附性有重要(yao)影響,尤其是微孔(kong)結構,擁有巨大的比表面積,呈現出極強的吸附作用。然而,活性(xing)炭(tan)吸附特性(xing)不僅(jin)取決于它的(de)孔隙結構,還取(qu)決(jue)于其(qi)表面化學(xue)性質。表面(mian)化(hua)學性質(zhi)在更大(da)程度(du)上決(jue)定了(le)活性炭(tan)的化學吸附。活(huo)性炭化學性質主要由(you)表面官能(neng)團種類(lei)與數量、表面雜原(yuan)子(zi)與(yu)化合物確定,不同的表(biao)面(mian)官能(neng)團、雜原子和化合物使其對(dui)不同吸附質(zhi)的吸附性有明顯差(cha)別。結(jie)合上述(shu)活性炭(tan)脫硫脫硝機理可看出,對活(huo)性(xing)炭進行(xing)改性(xing),應優(you)化其孔徑分布,盡可能使活性炭(tan)具有更(geng)高微孔率及更(geng)大比表面(mian)積。同時(shi)改變活性(xing)炭表面(mian)化學性(xing)質(zhi),改變(bian)表面(mian)(mian)酸堿性(xing)或增加表面(mian)(mian)含氧及含氮基團,使(shi)活性炭對 SO2 、NOx 吸附(fu)具有更(geng)高選擇性(xing)。