微波改性活性炭脱硫
采用活性炭(AC) 吸附催化处理烟气具有工艺简单、脱硫效率高、脱硫剂可以循环使用等优点, 故近年来有关活性炭脱硫性能的研究在国内外都比较活跃。它的脱硫原理为: SO 2 经过大、中孔最终吸附于活性炭的微孔中, 当反应气氛中有氧气、水存在时, 被吸附的SO 2 可被进一步氧化为SO 3, 最终溶于水形成H2SO4。
当活性炭吸附饱和后, 通常需要再生, 脱出吸附的SO2 和H2SO4, 以恢复其活性。吸附在活性炭孔道中的吸附质是强极性物质, 甚至比活性炭本身的吸收微波能力还强。在微波场中, 活性炭中吸附的极性物质分子产生偶极转动, 将电磁场能转化为热能, 被吸附在孔道中的水和有机物质被挥发和炭化, 使孔道重新打开, 当然活性炭本身也要吸收微波而升温和极性物质吸波升温炭化的影响, 烧失一部分炭, 使孔径扩大。在微波辐照再生活性炭中, 微波辐照功率对活性炭吸附值的恢复影响最大, 其次是辐照时间,再次是再生前的吸附量。
要达到理想的脱硫效果, 关键问题是提高活性炭的吸附催化活性。活性炭表面含氧官能团影响活性炭的性能, COOH 和COH 基团显示酸性, 对SO 2 吸附不利, 活性炭表面碱性基团的存在可以提高对SO 2 的吸附容量。为了制备高脱硫活性的活性炭, 通常在惰性气氛下进行高温处理(t> 800 ℃) ,以除去活性炭表面的含氧基团, 得到低氧含量、高疏水性和耐老化的炭。
利用微波加热主要的优点是能大幅度缩短处理时间, 这意味着惰性气体的消耗量也将减少。同时微波加热均匀, 微波场中无温度梯度存在, 故热效率高, 并且占地面积小, 快速控制有利于自动化。
1 活性炭微波处理后的微结构变化
用扫描电镜观察活性炭微波辐照前后的微观形貌, 可见未处理活性炭表面比较平整, 其上分布着大小不等的孔, 但不向里深入, 孔壁也较光滑, 细孔内及其周围有许多微小碎片的附着物。而活性炭经微波辐照后, 表面变粗糙, 呈凹凸形状, 许多闭塞的孔被打开, 孔成为狭缝, 并向里延伸, 这对吸附是非常有利的。活性炭上的附着物已从细孔周围被去除掉。而热处理程度更深的活性炭, 因其表面形貌的变化更加显著一些, 为SO 2 的吸附提供了更好的条件。因而, 具有更大的硫吸附量。
2 微波改性后的SO2 吸附量
粒径为0. 5～ 1 mm , 1～ 3 mm , 3～ 5 mm 的未改性活性炭的SO 2 吸附量分别为28. 3, 24. 5,16. 7 mg/g , 微波改性后的SO 2 吸附量分别为68. 7,52. 9, 64. 8 mg/g。
改性后的3 种粒径的活性炭的硫吸附量与未改性的相比均有所提高, 在微波功率为340～ 680W之间, 随着功率的增大、时间的延长, 硫吸附量增加越多, 如大颗粒活性炭的硫吸附量由16. 7 mg/g 提高到64. 8 mg/g。
经过微波改性后的活性炭的硫吸附量有较大提高, 在一定范围内, 较高的微波功率和较长的辐照时间改性的活性炭具有较高的硫吸附量。微波功率是影响活性炭脱硫性能的主要改性因素。微波改性活性炭对SO 2 吸附穿透时间显著增加。
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