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活性炭及其在脱硫方面的应用
作者:管理员    发布于:2016-12-02 16:15:57    文字:【】【】【

  众所周知,很多金属和金属氧化物的催化活性取决于活性中心的存在,而活性中心多半是结晶的缺陷L14.活性炭是无定型碳和石墨碳的混合物,由于活性炭微晶具有大量的不饱和键,特别是沿着六角形网状结晶晶格边缘更是如此,这些不饱和价键具有类似于结晶缺陷的结构。石墨层平面本身由于7C电子结构的存在亦能够显示催化活性。取决于碳骨架结构特性的活性炭的催化能力,可被表面氧化物的催化作用所强化,特别是在氧化还原反应中更是如此,如从烟气中脱除SOb.活性炭具有积聚氧的能力,氧主要参与形成各种表面化合物组成,属化学吸附;而只有很少一部分0:被物理吸附,因此很多物质在同活性炭的接触中可被氧化。

  (上接第39页)99年弓平均值X项目(mg/U1月4月7月9某次实验测得古交地区的生活污水的硝酸盐氮含量为48.3mg/L,由于对该污水有较深了解,因此判断其为异常值,经查是采样桶用硝酸洗涤所致。

  (西山煤电(集团)公司古交给排水公司)有关活性炭对S0:吸附的研究报道很多,均认为S02在活性炭表面存在两种吸附形态,一种是以物理吸附形式弱键合在含碳基质表面,另一种以化学吸附强键合在其表面。两种S02吸附态在惰性气氛的脱附温度分别对应393K和553K.许多研究表明,活性炭表面存在的吡喃酮状表面碱性基团对吸附SCh起主要作用。在H20和0:同时存在下,S02可被活性炭催化氧化为S03,进一步与H20结合成硫酸,同时有人认为气相无120的存在,S02的催化氧化反应不能发生。

  Davini研究了热处理对活性炭吸附S02性能的影响,发现低灰分炭在02/N2气氛中经700750T热处理可使其表面碱性增强,形成对S02的强吸附中心,且经多次吸附-脱附循环仍未观察到S02吸附量的下降。如将热处理温度降低,活性炭表面酸性增强,导致S02吸附量的下降。活性炭对S02的吸附与含碳母体上的杂原子氧的存在有关,高尚愚等将三种市售活性炭先于1000T;高温处理,脱除表面官能团,然后分别用H202和空气对其表面进行改性,发现液相(H202)氧化主要形成羟基和羧基,而气相(空气)氧化主要形成羰基、醌基和羧酸表面物种。王建祺等采用FTffi表征技术也证实了羧基、醌基、羰基和酚羟基的存在。

  Carrasco-Marin等发现以微揽核活化制成的活性炭,对so2化学吸附的表面活性中心数目随活化时间延长而增加,可归因于样品表面碱度的增加,但物理吸附S2的能力与表面碱度无关3Tamm等进一步的研究表明,活性炭类石墨层边缘上的碳原子具有很强的反应性,且易与氧等杂原子结合而形成表面官能团。表面官能团可分酸性和碱性两种,属于酸性的有羧基、羰基、酚式羟基、内酯和醌,属于碱性的有色烯和吡喃酮状结构。活性炭用HN0,在沸点下氧化,酸性表面氧化物增加,比表面和微孔容积基本不发生变化,对302的吸附量却明显下降。

  Zhao等对活性炭表面官能团S02吸附性能进行了关联,发现其催化氧化活性与碱性(尤其是强碱性)含氧官能团有关,这些官能团在700丈下可借助C02的活化而生成。

  有关活性炭脱除S0:的机理研究报道颇多对S02、0:和H:0三种吸附态具有足够近的距离和适当的空间构型才可生成H2S04的以上机理提出质疑,并以实验为基础,提出以下吸附机理:首先气相so:和02被碳活性位吸附,其中分子氧发生解离吸附形成C-0络合物,稳定的C-0络合物,抑制了对S02的吸附。第二步是802的氧化:c-so:直接与活性位附近的分子氧反应形成中间体和稳定白勺C一0络合物,同时也可能发生C-S02或气相802与(:-0络合物的反应,但后面二反应因形成的稳定C-0络合物抑制so2的吸附,发生的可能性很小。整个反应的控制步骤是二氧化硫的氧化反应(1-20)。

  Hartman等发现,在催化剂微孔内液相氧的浓度比so2低两个数量级,而S02在液固界面上的浓度与在液相体中的浓度基本相同,但氧在液固界面丨。的浓度却比在液体相中的浓度低三个数量级,因此氧在炭表面上的传递速度显然是反应的控制步骤。

  综上所述,活性炭材料因具有特殊的孔隙和表面结构,对so2具有较好的吸附与催化转化性能,被用于工业烟气脱硫。

  (太原煤炭气化公司焦化厂中心化验室)

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