原材料及活化劑對生物炭去除有機硫的影響研究

陸峰王盼

（1云南省環境科學研究院 云南昆明 650028 2云南省環境工程評估中心 云南昆明 650028）

原材料及活化劑對生物炭去除有機硫的影響研究

陸峰1王盼2

（1云南省環境科學研究院 云南昆明 650028 2云南省環境工程評估中心 云南昆明 650028）

本研究考察了不同的原材料及活化劑對生物炭去除CS2和COS的影響。研究結果表明，原材料的機械強度的影響體現在焙燒階段，活化劑的影響體現在自身活化活性上；此外還發現活化劑與原材料的相互影響對制備出的生物炭去除CS2和COS也有較大的影響。活化劑和原材料的選擇影響了孔的生成和孔徑的分布。

生物炭；有機硫；脫硫；原材料；活化劑

黃磷是重要的化工原料，同時我國的黃磷產量也居世界第一。在云、貴、川、鄂等省，富含豐富的磷資源，因此磷化工是重要的支柱產業。然而黃磷尾氣中不僅含有大量的CO，也含有其他的雜質，比如CS2、COS等[1-2]。其中的CO是一碳化工的原材料。這些雜質的存在不僅會造成CO的利用率低，同時也會對后續的處理造成其他影響，比如腐蝕管道等。因此有必要對其中的CS2和COS去除。

目前去除CS2和COS常用的方法是吸附法和催化水解法。由于催化水解也需要有吸附這一過程，因此可以通過增強吸附劑的性能來達到提高CS2和COS去除率的目的。作為吸附劑，需要有較大的比表面積和活性吸附位點，因此碳基材料成為了優選材料。炭基材料的來源廣泛，可以是木質、煤或者其他含碳量高的材料，然而受到資源和能源循環使用的限制，木質和煤作為炭材料的使用已經越來越少，取而代之的是含碳量較高的生物質廢料制成的炭材料，即生物炭。

之前的研究對單一材料的制備條件進行了研究，結果表明不同的活化劑對生成的炭材料的吸附性能也不相同[3-12]。因此本研究考察了不同材料在不同活化劑下制備出的炭材料對CS2和COS的去除效果。

1 實驗

1.1 生物炭的制備

本研究中采用椰殼、核桃殼、花生殼、煙桿、竹子、污泥作為原材料，在700℃下炭化1h，然后磨細篩分至40～60目粒徑，然后與活化劑（KOH、ZnCl2、H3PO4）按質量比1∶2的比例混合均勻并在700℃下活化1h，取出用蒸餾水洗至pH中性烘干即得。

1.2 實驗條件

生物炭放置于立式固定床反應器中，反應溫度為70℃，空速為 10000h-1，進口混合氣中 CS2濃度為 20ppm，COS濃度為400ppm，用氮氣作載氣。

2 結果與討論

2.1 原材料對去除CS2和COS的影響

在本實驗中以6種生物廢棄物材料（椰殼、核桃殼、花生殼、煙桿、竹子、污泥）作為制備生物炭的原材料，以KOH作為活化劑制備生物炭。這6種生物炭對CS2和COS的去除效果如圖1、圖2所示。

圖1 不同原材料對CS2的去除效果（活化劑KOH）

圖2 不同原材料對COS的去除效果（活化劑KOH）

2.2 活化劑對去除CS2和COS的影響

本節考察了不同活化劑對生物炭去除CS2和COS的影響，用ZnCl2和H3PO4活化后的生物炭對CS2和COS的去除效果如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 不同活化劑對CS2的去除效果（活化劑ZnCl2）

圖4 不同活化劑對COS的去除效果（活化劑ZnCl2）

圖5 不同活化劑對CS2的去除效果（活化劑H3PO4）

圖6 不同活化劑對COS的去除效果（活化劑H3PO4）

從圖3、4、5、6中可以看出，用H3PO4作活化劑的效果整體上比用KOH作活化劑的效果差。這是因為H3PO4的活化溫度要求較高，較低溫度下活化活性不足，造成效果降低。而用ZnCl2作活化劑時，除了污泥和竹子的效果反而提高外，其他的生物炭的去除效果降低。這是因為ZnCl2不會和污泥中的SiO2發生反應，因此也不會造成孔的堵塞，同時以竹子制備出的生物炭本身就是以微孔為主，用ZnCl2可以增強其中孔和大孔的數量，這也是竹子生物炭去除效果上升的原因。

這個現象同時也表明了不同活化劑對不同原材料的活化效果有較大的差異。這與原材料本身的性質有關。

3 結語

本研究對不同的活化劑和原材料制備的生物炭對CS2和COS的去除效果進行比較，可以發現，活化劑和原材料自身性質都對制備出的生物炭的去除效果有較大影響。其單獨影響及相互影響體現在孔體積和孔徑分布上面。其中原材料的機械強度影響去除效果，活化劑與原材料的反應也影響去除效果。

[1]侯永勝,王學謙,張潔,李成福,田森林,郜華萍.黃磷尾氣凈化及綜合利用技術進展.昆明理工大學學報 (自然科學版),2012,37 (1):73-77.

[2]陳思忠.黃磷尾氣的凈化及綜合利用.中國資源綜合利用,2011, 29(7):31-33.

[3]范艷青,馮曉銳,陳雯,顧云峰.活性炭制備技術及發展.昆明理工大學學報,2002,27(5):18-20.

[4]趙麗媛,呂劍明,李慶利,范冠鋒,文應財.活性炭制備及應用研究進展.科學技術與工程,2008,8(11):2914-2919.

[5]焦其帥,胡永琪,陳瑞珍,郝宏強,龐秀.氯化鋅活化法制備棉花秸稈活性炭的研究.河北工業科技,2010,27(4):232-235.

[6]吳曉鳳,于志明,宿可,黃志義.氫氧化鉀活化法制備楊木刨花板活性炭的研究.北京林業大學學報,2013,35(6):113-117.

[7]張利波,彭金輝,涂建華,張世敏,范興祥.氫氧化鉀活化煙桿制造活性炭及表征.化工進展,2006,25(4):415-419.

[8]張利波,劉曉海,彭金輝,涂建華,張世敏,郭勝惠.微波加熱煙桿氫氧化鉀活化法制備活性炭的研究.化學與生物工程,2006,23 (2):13-15，21.

[9]章圣樣,吳邦信,楊光,蔣秀婭,李樹霞,宋立.氯化鋅活化污水污泥制備活性炭研究.環保科技,2009,15(4):39-43.

[10]趙朔,裴勇.氯化鋅活化法制備筍殼基活性炭的工藝研究.材料導報B:研究篇,2012,26(2):87-90.

[11]楊儒,羅玲玲,張建春,李敏,郝新敏,張華.磷酸活化漢麻布活性炭纖維的孔結構.北京化工大學學報 (自然科學版),2010,37(3): 51-57.

[12]左宋林,森田光博.空氣-磷酸活化木炭制備酸性顆粒活性炭的研究.林產化學與工業,2010,30(6):14-16.

陸峰（1986—），男，本科，山東人，助理工程師，主要從事環境污染治理研究。