活性炭改性及其脫硫脫硝性能

發布日期：2023-03-15 　瀏覽次數：881

1 活性(xing)炭脫硫脫硝機理

1. 1 活性炭脫(tuo)硫機理(li)

活性炭表面吸附 SO2 時,其(qi)孔隙結(jie)構中的(de)微(wei)孔結(jie)構往往起(qi)著至關(guan)重要(yao)的(de)作用。活性炭表面結構錯綜復雜,形態不一,尺(chi)寸(cun)大小各不相(xiang)同,而 SO2 在活(huo)(huo)性(xing)炭上被吸附(fu)時首先(xian)就是接觸活(huo)(huo)性(xing)炭表面,因(yin)而活性(xing)炭豐富的(de) 孔結構為(wei) SO2 提供了(le)足(zu)夠的接觸空間,有利于活(huo)性炭(tan)吸附 SO2 。活性(xing)炭(tan)的脫硫機理為表面活性(xing)位點先對 SO2 進(jin)行(xing)物理吸(xi)附(fu),吸附態(tai) SO2 再(zai)與 H2O 和 O2 產生化學(xue)反應,最終生成 H2 SO4 。

反應步(bu)驟如(ru)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)

式中:a 是吸附(fu)態;g 是(shi)氣相;AC 表(biao)示表(biao)面(mian)活性位(wei)。

1. 2 活性炭脫硝機理活性炭用于脫除 NOx 的機理(li)為 NO 先吸附在活性炭表面,然后在 O2 的(de)作用下(xia)氧化生成 NO2 。同(tong)時,活性炭作為催化劑亦(yi)可大大降低 NH3 與 NOx 反應的活化能,從而有(you)效提高脫(tuo)硝率(lv) 。但活(huo)性炭以氧化(hua)反應(ying) 還(huan)是還(huan)原反(fan)應脫(tuo)除氮氧化物目前(qian)尚未(wei)形(xing)成統一定論。主流觀點之一是活(huo)性炭表面具有活(huo)性位,NO 和 O2 均被吸附于活(huo)性位,吸附(fu)態的 NO 被 O2 氧化生成吸附態的 NO2 ,即脫硝符合 Langmuir-Hinshelwood(L-H)反應(ying)機理(li),反應方程如式(6) ~ 式(8):

NO + C→C—NO (6)

O2 + 2C→2C—O (7)

C—NO + C—O→C—NO2 + C (8)

主流觀點之二認為(wei) NO(或(huo) O2 )被吸(xi)附于活(huo)性炭表面(mian)(如(ru) Lewis 或 Bronsted 酸性位),然后吸附態(tai) 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(ying)過程(cheng)為(wei)式(9)和式(10):

NO + C→C—NO (9)

2C—NO + O2→2C—NO2 (10)

以上兩(liang)種觀點認為氣態的 NO 被氧化(hua)成為 NO2 后被吸附于活性炭表面及孔隙內。

主流觀(guan)點三認為 NO 的吸附可分為兩個獨立過程。一是可逆過(guo)程,即在活性炭表面(mian)生成 NO 二聚(ju)物形式,如式(11)和式(shi)(12):

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

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

二是(shi)不(bu)可(ke)逆(ni)過(guo)程(cheng),即 NO 被活性炭轉(zhuan)化(hua)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)

活性炭豐(feng)富的孔隙結構對其吸附性有重要影(ying)響,尤其是微(wei)孔(kong)結(jie)構,擁(yong)有巨(ju)大(da)的比(bi)表面積(ji),呈現出極強的(de) 吸附作用。然而(er),活性(xing)炭吸附特性(xing)不僅取決于(yu)它的(de)孔隙結構,還取決(jue)于其表面(mian)化學性質。表面化學性質在更大程度(du)上決定了活性(xing)炭(tan)的(de)化(hua)學吸附。活性(xing)炭化學性(xing)質主(zhu)要(yao)由表面(mian)官能團種類與數(shu)量、表面雜原(yuan)子(zi)與化合物確(que)定,不同的(de)表面官能團、雜原子(zi)和化合物使其對不同(tong)吸附質的吸附性有明顯差(cha)別。結(jie)合上述活性(xing)炭脫硫脫硝機理(li)可(ke)看出(chu),對活(huo)性炭進行改(gai)性,應優化(hua)其孔(kong)徑分布,盡可能使活性炭具有更高(gao)微孔率及更大(da)比表面積。同時(shi)改變活性炭表面化學性質,改變表面(mian)酸堿(jian)性或(huo)增(zeng)加表面(mian)含氧及含氮基團,使(shi)活性(xing)炭對 SO2 、NOx 吸(xi)附具(ju) 有更高(gao)選擇性。