探究熱處理改性的活性炭纖維的脫硫活性

王志剛

摘 要：SO2的排放會對大氣環境造成嚴重污染，在可持續發展理念下，環保領域高度重視降低燃煤煙氣中SO2的排放量。本文主要通過實驗來探討熱處理改性的活性碳纖維的脫硫活性，旨在明確表面含氧官能團種類與脫硫活性關系、CO釋出量與ACF脫硫活性關系，從而促進活性碳纖維應用優勢的發揮，來改善煙氣脫硫成效，僅供相關人員參考。

關鍵詞：熱處理改性;活性碳纖維;脫硫活性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.057

1 實驗部分

1.1 樣品制備及改性

在本次實驗中，所選用的原料主要是乙烯渣油瀝青炭纖維ETO，在不同的溫度條件下，以水蒸氣進行協調活化處理，不同溫度下所開展活化的時間的有所不同，通過此種方式可制出ACF樣品，實驗操作的順利進行還需要準備好粘膠基ACF樣品。以ACF樣品為對象，在高純N2保護下，保持持續升溫速率加熱室溫，加熱后室溫不可低于600℃，不可高于1200℃，其中升溫速率一般為10℃/h，加熱后保持恒溫狀態，1h后令其自然冷卻，從而為ACF樣品的熱處理改性操作創造有利條件。熱處理改性樣品的獲得，以HT為主要標志，比如1200℃條件下ETP-1熱處理后所獲得的樣品可通過ETP-1（HTP1200）來表示。樣品氧化熱處理改性的實現主要在空氣環境下開展，在標準溫度條件下進行氧化處理，受到N2保護，以標準速率持續升高至標準溫度，保持1h恒溫狀態，之后對所獲得的氧化熱處理改性樣品進行準確標準，以元素、比表面積和孔結構作為主要分析元素，確定其相關參數，對ACF樣品開展具體分析。

1.2 SO2連續脫除

該操作的開展以固定床反應器為主要環境，固定床反應器的內徑為8mm，其中ACF質量不可低于0.05g，不可超出0.25g，令裝填高度自A25mm以內，但不可低于5mm，對煙氣中SO2、O2及H2O的密度進行模擬，以火焰光度檢測器對進出口氣體中所含的SO2進行檢測，實際檢測過程中以30℃為最佳反應溫度，氣體流速控制在100ml/min。

1.3 樣品表征

在本次實驗中，選用產自美國的ASAP2000型吸附儀來對樣品進行測定，明確其比表面積與孔結構，在液氮溫度下通過N2來實現有效吸附。在BET方程與H-K法的作用下，對樣品比表面積和孔體積加以確定，以石英玻璃裝置作為主要反映環境，開展CO-TPD實驗和CO2-TPD實驗。通過質譜儀來檢測實驗操作中所釋放出的CO和CO2，在30℃條件下，以100ml/min作為標準氣體流速，測定ACF吸附氣體的具體容量，確定SO2的密度，掌握好ACF吸附氣體的具體吸附時間，對SO2和O2的吸附量進行同時測定，并適當調整氣流中O2比例，在其余條件相同的情況下測定SO2吸附量。以鹽酸溶液作為反應環境，將樣品浸泡其中48h，之后進行過慮，以NAOH溶液進行檢測，依據鹽酸溶液濃度變化來計算樣品對于鹽酸的消耗量，據此可確定樣品表面堿性官能團總量。

2 結果與討論

2.1 熱處理改性ACF的脫硫活性

由于熱處理溫度條件有所不同，在ACF改性后，SO2脫除能力在O2和H2O條件下也存在一定差異。通過研究可知，對于ETP來說，改性處理能夠在一定程度上改善其脫硫活性，SO2完全脫除的時間也會發生明顯變化，隨著出口濃度的增長，穩態脫除率可達10.4%。在熱處理作用下，隨著溫度的升高，ETP的脫硫活性也會有所提升。待SO2完全脫除后，其濃度會有所增加，在平衡狀態下可脫除比例可達80.4%，此時可通過熱處理溫度的提升來改善ACF的脫硫活性，降低熱處理溫度升高對于微晶排列、定向與長大所產生的影響，降少活性炭邊緣部位缺陷。當m（ACF）為0.10g時，ACF的脫硫活性可通過熱處理來改善，若這一值為0.05g時，以1000℃作為反應條件，則在熱處理條件下，能夠達到最佳的脫硫活性。在1100℃條件下，通過熱處理可在一定程度上提升煤焦油瀝青基ACF的脫硫活性，在改性條件下，令OG-10A達到95%的平衡SO2脫除率。也就是說，在惰性氣氛下，通過高溫熱處理作用能夠對原料進行科學化處理，令ACF脫硫活性得到明顯提升，當ACF比表面積相近的情況下，令其最佳熱處理溫度與其現實情況相對應，此時熱處理改性能夠達到良好的效果，脫硫活性也發生明顯變化，相對比而言，粘膠基ACF的脫硫活性最強，其次是煤焦油瀝青基ACF，以乙烯渣油瀝青基ACF的脫硫活性最弱。

2.2 表面含氧官能團種類與脫硫活性關系

在不同種類含氧官能團的作用下，ACF表面熱穩定性也存在一定差異，于不同溫度條件下開展熱處理改性操作后，ACF在表面化學性質方面會有所不同，這就勢必會影響其在氣體方面的吸附量與吸附效果，進而影響ACF的脫硫活性。在惰性氣氛條件下，若溫度較高，通過熱處理能夠令ACF表面堿性官能團總量處于增加狀態，通過觀察其變化規律不難發現，其所受ACF實際吸附能力的影響較小，與SO2吸附量變化存在明顯差異。在熱處理過程中，表面含氧官能團會發生分解，此種條件下會產生一定碳原子，并且呈不飽和狀態，與此同時受到活性中心的影響，導致ACF的吸附能力發生變化。

2.3 CO釋出量與ACF脫硫活性關系

在高溫熱處理作用下，ACF的脫硫能力得到一定改善，促進CO釋放量的增加。若在引入所釋出CO官能團之后進行熱處理，則能夠進一步改善ACF脫硫活性。在熱處理改性的過程中，氧化劑的選用是重要的前提，一般以空氣、O2、HNO3為主，在氧化處理后于惰性氣氛中實現熱處理，其脫硫活性要明顯優于直接熱處理改性的樣品。其中，以O2、開展氧化熱處理的樣品更具優良的脫硫活性，研究發現CO官能團數量與ACF脫硫活性之間存在正比例關系。

參考文獻：

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