微波改性活性炭脫硫
采用活性炭(AC) 吸附催化處理煙氣具有工藝簡單、脫硫效率高、脫硫劑可以循環使用等優點, 故近年來有關活性炭脫硫性能的研究在國內外都比較活躍。它的脫硫原理為: SO 2 經過大、中孔最終吸附于活性炭的微孔中, 當反應氣氛中有氧氣、水存在時, 被吸附的SO 2 可被進一步氧化為SO 3, 最終溶于水形成H2SO4。
當活性炭吸附飽和后, 通常需要再生, 脫出吸附的SO2 和H2SO4, 以恢復其活性。吸附在活性炭孔道中的吸附質是強極性物質, 甚至比活性炭本身的吸收微波能力還強。在微波場中, 活性炭中吸附的極性物質分子產生偶極轉動, 將電磁場能轉化為熱能, 被吸附在孔道中的水和有機物質被揮發和炭化, 使孔道重新打開, 當然活性炭本身也要吸收微波而升溫和極性物質吸波升溫炭化的影響, 燒失一部分炭, 使孔徑擴大。在微波輻照再生活性炭中, 微波輻照功率對活性炭吸附值的恢復影響最大, 其次是輻照時間,再次是再生前的吸附量。
要達到理想的脫硫效果, 關鍵問題是提高活性炭的吸附催化活性。活性炭表面含氧官能團影響活性炭的性能, COOH 和COH 基團顯示酸性, 對SO 2 吸附不利, 活性炭表面堿性基團的存在可以提高對SO 2 的吸附容量。為了制備高脫硫活性的活性炭, 通常在惰性氣氛下進行高溫處理(t> 800 ℃) ,以除去活性炭表面的含氧基團, 得到低氧含量、高疏水性和耐老化的炭。
利用微波加熱主要的優點是能大幅度縮短處理時間, 這意味著惰性氣體的消耗量也將減少。同時微波加熱均勻, 微波場中無溫度梯度存在, 故熱效率高, 并且占地面積小, 快速控制有利于自動化。
1 活性炭微波處理后的微結構變化
用掃描電鏡觀察活性炭微波輻照前后的微觀形貌, 可見未處理活性炭表面比較平整, 其上分布著大小不等的孔, 但不向里深入, 孔壁也較光滑, 細孔內及其周圍有許多微小碎片的附著物。而活性炭經微波輻照后, 表面變粗糙, 呈凹凸形狀, 許多閉塞的孔被打開, 孔成為狹縫, 并向里延伸, 這對吸附是非常有利的。活性炭上的附著物已從細孔周圍被去除掉。而熱處理程度更深的活性炭, 因其表面形貌的變化更加顯著一些, 為SO 2 的吸附提供了更好的條件。因而, 具有更大的硫吸附量。
2 微波改性后的SO2 吸附量
粒徑為0. 5～ 1 mm , 1～ 3 mm , 3～ 5 mm 的未改性活性炭的SO 2 吸附量分別為28. 3, 24. 5,16. 7 mg/g , 微波改性后的SO 2 吸附量分別為68. 7,52. 9, 64. 8 mg/g。
改性后的3 種粒徑的活性炭的硫吸附量與未改性的相比均有所提高, 在微波功率為340～ 680W之間, 隨著功率的增大、時間的延長, 硫吸附量增加越多, 如大顆粒活性炭的硫吸附量由16. 7 mg/g 提高到64. 8 mg/g。
經過微波改性后的活性炭的硫吸附量有較大提高, 在一定范圍內, 較高的微波功率和較長的輻照時間改性的活性炭具有較高的硫吸附量。微波功率是影響活性炭脫硫性能的主要改性因素。微波改性活性炭對SO 2 吸附穿透時間顯著增加。
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