活性炭在高濕廢氣中吸附二氧化硫

　　含硫燃料的燃燒會(huì)導(dǎo)致二氧化硫(SO2)的形成。當(dāng)釋放到大氣中時(shí)，SO2形成酸雨。為了減少發(fā)電廠等工業(yè)系統(tǒng)的SO2排放，脫除廢氣中的二氧化硫是緩解酸雨的重要工藝。活性炭對(duì)水的親和力低，對(duì)二氧化硫等可極化分子的親和力高，使其成為廢氣選擇性吸附劑的好選擇。對(duì)于煙氣脫硫，具有低氧功能的活性炭由于其疏水性和對(duì)SO2的高親和力而成為有吸引力的候選者。這項(xiàng)工作研究了活性炭在干燥和潮濕條件下模擬煙氣中SO2吸附的結(jié)果。

　　動(dòng)態(tài)突破吸附

　　使用內(nèi)部建造的動(dòng)態(tài)突破儀器測(cè)量合成煙氣在活性炭上的吸附。將活性炭樣品裝入測(cè)試池，所有樣品的標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)空速為530h-1。將樣品池放置在烘箱內(nèi)進(jìn)行溫度控制，并使用加熱塊將樣品池加熱至溫度高于T=60℃。使用質(zhì)量流量控制器控制氣體的流量，并使用通用流量計(jì)驗(yàn)證流量。對(duì)于干氣實(shí)驗(yàn)，用干N2稀釋模擬煙氣，而對(duì)于濕氣實(shí)驗(yàn)，用濕N2稀釋煙氣。濕N2是通過(guò)使干N2流過(guò)飽和器而產(chǎn)生的管子。使用四通閥將濕氣進(jìn)料切換至吸附進(jìn)料中和從吸附進(jìn)料中切換出來(lái)，每個(gè)突破性實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行三次。

　　活性炭在干濕廢氣中的吸附比較

　　干廢氣和濕廢氣實(shí)驗(yàn)中對(duì)CO2和SO2的吸附能力比較如圖1所示。與CO2或N2相比，所有活性炭對(duì)SO2具有更大的親和力。活性炭從濕煙氣中吸附的CO2多于干煙氣中的CO2。活性炭對(duì)于濕煙氣實(shí)驗(yàn)的CO2吸附能力略低。吸附了更多的CO2來(lái)自T=30℃吸附實(shí)驗(yàn)的濕煙氣。相反，在T=60℃時(shí)，該樣品在濕煙氣實(shí)驗(yàn)中具有較低的容量，而在T=90℃時(shí)具有相同的容量。有趣的是，對(duì)于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)之間的CO2吸附量沒(méi)有顯著差異。我們注意到，即使在水性系統(tǒng)中，碳酸的形成通常也是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，并且我們預(yù)計(jì)碳酸氫鹽不會(huì)主導(dǎo)濕式CO2吸附。對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)，CO2的量當(dāng)吸附溫度升高時(shí)，吸附量減少，這是物理吸附機(jī)制所預(yù)期的。這些結(jié)果表明，一些次要的碳酸氫鹽物質(zhì)可能是在較低的溫度下形成的。然而，在后來(lái)的紅外測(cè)量中沒(méi)有碳酸氫鹽。

　　圖1：五種活性炭在濕煙氣與干煙氣混合物中吸附的SO2量。圖中顯示了T=30℃(藍(lán)色)、60℃(綠色)和90℃(紅色)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　活性炭的SO2/H2O選擇性

　　對(duì)于活性炭，濕煙氣實(shí)驗(yàn)中的SO2吸附量大于干煙氣實(shí)驗(yàn)中的SO2吸附量，這可能表明表面存在硫酸氫鹽物質(zhì)。對(duì)于活性炭，實(shí)驗(yàn)中濕煙氣中SO2的吸附量較高，而其他實(shí)驗(yàn)顯示濕煙氣和干煙氣中的吸附量大致相同。與其他活性炭不同，有的活性炭含有更多的SO2。實(shí)驗(yàn)中干燥煙氣中的吸附量高于濕煙氣中的吸附量。圖2比較了活性炭的SO2/H2O選擇性。活性炭1在五種活性炭中表現(xiàn)出最大的SO2/H2O選擇性，活性炭2其次。活性炭3對(duì)SO2的選擇性相對(duì)于H2O最低。活性炭上吸附的水量極少，并且水對(duì)吸附劑的親和力較低。因此，不需要很高的溫度來(lái)去除活性炭中的水，即，這里我們?cè)?50℃下進(jìn)行再生，這遠(yuǎn)低于吸濕性吸附劑通常使用的280℃。

　　圖2：對(duì)于再生條件，五種活性炭在T=30、60和90℃的吸附溫度下的SO2/H2O選擇性。

　　活性炭在高濕廢氣中吸附二氧化硫，從這實(shí)驗(yàn)可以明顯看出，在干燥和潮濕條件下，活性炭均表現(xiàn)出相對(duì)于N2和CO2的對(duì)SO2的高選擇性。吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有五種活性炭對(duì)SO2均具有較高的親和力。在濕煙氣實(shí)驗(yàn)中，活性炭顯示出最高的SO2容量再生下。在濕煙氣混合物的實(shí)驗(yàn)中，活性炭具有最高的SO2容量。盡管如此，具有較高氧分?jǐn)?shù)的活性炭在潮濕條件下顯示出SO2容量的大幅增加。潮濕條件下的吸附趨勢(shì)還顯示出更高的氧含量，從而導(dǎo)致更大的SO2吸附能力。最后，多組分吸附測(cè)試表明，在10次濕SO2循環(huán)后，任何活性炭的吸附性能均沒(méi)有變化。這些結(jié)果表明，具有低氧官能團(tuán)濃度的活性炭是從廢氣系統(tǒng)中去除SO2的好材料。

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