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煤质活性炭的结构特征与吸附原理

作者:宁夏永瑞达炭素有限公司 日期:2020年7月29日

  目前,工业急速发展,同时也引发诸多环境问题,其中以工业烟气为主要污染源的大气污染问题受到了广泛关注。在工业烟气中SO,是主要污染物之一,它是形成酸雨的主要原因,严重影响了人类的正常生活,因此必须对烟气进行脱硫处理。煤质活性炭因具有丰富的孔结构、比表面积大及对工业烟气中的有害物质(如SO2、NOx、重金属、汞和烟尘颗粒等)吸附性能强等特点,在干法烟气脱硫处理中被作为一种吸附剂而广泛应用,相关的研究亦不断深入。此外,煤质活性炭干法烟气脱硫的产物经过提纯也有很大的利用价值。但仅靠煤质活性炭的物理吸附法进行烟气脱硫不仅脱硫速度慢,而且效率也较低。因此,关于煤质活性炭改性的相关研究大量涌现,并发现煤质活性炭改性后,通过联合催化反应以及物理、化学吸附,其脱硫能力显著提高,改性煤质活性炭因此被看作是比较理想的SO2吸附剂。

煤质活性炭

煤质活性炭的特征及脱硫原理

煤质活性炭的结构与特征

  煤质活性炭的结构一般指其孔隙结构,孔隙结构包括孔径分布、孔容积、表面积和孔形状。按照孔的直径可分为三种类型:微孔(0~20A)、中孔(20~1000A)、大孔(1000~100000A),孔径分布相当广泛,且形状各异。在煤质活性炭表面SO2吸附进程中,起决定性作用的是微孔结构。

  煤质活性炭在扫描电子显微镜下的微观构造是按层分布的,表面孔结构庞杂,形态多样,尺寸不一。这种错综复杂的外表面结构,对SO2吸附是非常有利的。吸附SO2的过程首先便是其与煤质活性炭表面接触,煤质活性炭表面丰富的孔结构为S02提供了足够的接触空间,使SO2有更多的驻留时间,从而进行下一步吸附。

煤质活性炭

煤质活性炭的脱硫机理

  首先,煤质活性炭在其表面的活性位上对SO2,进行物理吸附;随后,与H2O和O2,发生化学反应,生成H2SO4,。反应步骤如式所示:

  SO2(g)+AC→SO2(a) (1)

  O2(g)+AC→O2(a) (2)

  H2O(g)+AC→H2O(a) (3)

  SO2(a)+02(a)→SO2(a) (4)

  SO2(a)+H2O(a)→H2SO4(a) (5)

  H2SO4(a) +nH2O(a) →H2SO4·nH2O(a) (6)

  在上式中,(a)是吸附状态,(g)是气相,表面上活性位用AC表示,式(1)~(4)由速率控制。由以上反应机制可知,在煤质活性炭外表活性位上先发生吸附的是SO2、H2O以及02,产生吸附态分子,而后当吸附态分子相互的间隔、空间足够时反应产生H2SO4。