【摘要】：現(xiàn)代社會工業(yè)擴(kuò)張帶來了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,與此同時也使得環(huán)境污染和能源危機(jī)的問題形勢越來越嚴(yán)峻,這對于社會的可持續(xù)發(fā)展尤為不利。煤炭利用過程中排放的SO2所引起的大氣污染給環(huán)境和人類生活帶來了嚴(yán)重影響。利用活性炭進(jìn)行煙氣脫硫不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多種污染物同時脫除,而且可以將煙氣中的硫進(jìn)行資源化回收,這與煙氣綜合化處理的方向是一致的。目前,活性炭制備原料以煤炭和生物質(zhì)為主,煤炭資源不可再生,而生物質(zhì)資源豐富,價格低廉,具有可再生和低污染等特點,通過炭化、活化及負(fù)載改性可以制備出具有較發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的生物質(zhì)活性炭,對提高活性炭的脫硫性能和生物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)價值具有重要意義。在微波加熱條件下以生物質(zhì)為原料制備活性炭,可以充分發(fā)揮微波即時性、整體性、選擇性和高效性的特點,簡化生物質(zhì)原料的預(yù)處理工序,降低預(yù)處理成本,不僅可以提高加熱速率,同時還可以降低能耗,并且制備出的活性炭孔隙結(jié)構(gòu)比常規(guī)加熱制備得到的材料更加豐富。隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展,通過微波加熱生物質(zhì)制備活性炭來實現(xiàn)生物質(zhì)資源的有效利用已經(jīng)引起了國內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注。本文以富含含氮官能團(tuán)的大豆秸稈為原料,CO2為活化劑,九水硝酸鐵為催化劑前驅(qū)體,結(jié)合微波加熱的特殊優(yōu)勢,將微波加熱技術(shù)應(yīng)用到生物質(zhì)熱解-活化-負(fù)載改性等環(huán)節(jié),進(jìn)而制備得到生物質(zhì)基脫硫活性炭材料。著重進(jìn)行豆秸的熱解及其固體產(chǎn)物的活化、負(fù)載過程的研究,探索其產(chǎn)物分布變化規(guī)律,尋求高吸附容量、高導(dǎo)熱系數(shù)脫硫活性炭的最優(yōu)制備條件,揭示其SO2吸附特性和孔隙結(jié)構(gòu)變化,并對不同條件下制備的脫硫活性炭進(jìn)行了 XRD、ICP、SEM、導(dǎo)熱系數(shù)以及再生脫硫性能的表征。首先,以大豆秸稈為原料進(jìn)行微波熱解實驗,考察微波功率、熱解時間和添加物等因素對大豆秸稈熱解過程的影響;分析熱解三相產(chǎn)物分布特性、熱解炭的孔隙結(jié)構(gòu)和脫硫能力;最后通過對比分析,確定最優(yōu)的熱解工藝為:微波功率900W,熱解時間1Omin。在此條件下熱解炭產(chǎn)率為36.3wt.%,比表面積為285.33m2/g,硫容為59.1mg/g。熱解前大豆秸稈含氮官能團(tuán)種類主要為酰胺類和氨基,熱解后主要為酰胺類和仲胺類,而且熱解后含氮官能團(tuán)的特征峰明顯減弱。以微波功率900W,熱解時間10min得到的熱解炭為原料,以CO2為活化劑進(jìn)行微波活化實驗,通過正交實驗設(shè)計及極差分析得出最優(yōu)活化水平,再通過單因素實驗法考察微波功率、CO2流量和活化時間對產(chǎn)物得率、孔隙結(jié)構(gòu)以及脫硫性能的影響,對比分析選出最優(yōu)的活化工藝條件為微波功率900W,CO2流量0.1L/min,活化時間20min。在此條件下活性炭得率為76.3wt.%,SO2吸附容量為112.56mg/g。三個因素對活性炭性能影響程度大小的順序依次為微波功率、CO2流量、活化時間。制備得到的活性炭具有較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu),活性炭表面和大孔壁存在很多小孔,是硫容提高的關(guān)鍵原因。最后,以微波功率900W,CO2流量0.1L/min,活化時間20min條件下制備的活性炭為載體,利用微波加熱進(jìn)行負(fù)載改性實驗。先通過正交實驗設(shè)計及極差分析得出最優(yōu)負(fù)載水平,再通過單因素實驗法考察微波功率、負(fù)載量和焙燒時間三個因素對產(chǎn)物孔隙結(jié)構(gòu)以及脫硫性能的影響,對比分析選出最優(yōu)的負(fù)載工藝條件為催化劑負(fù)載量10wt.%,微波功率500W,焙燒時間10min,三個因素對脫硫活性炭性能影響程度大小的順序依次為催化劑負(fù)載量、微波功率、焙燒時間。以此最優(yōu)負(fù)載條件制備的脫硫活性炭比表面積為355.60m2/g,硫容為146.31mg/g。脫硫活性炭表面活性組分以小顆粒狀均勻分布,而且排列著比較均勻細(xì)微的小孔,有一定量的大孔和中孔,結(jié)構(gòu)具有更多的層次感,有更復(fù)雜的蜂窩狀。XRD譜圖分析表明,脫硫活性炭的主要活性組分是Fe3O4、Fe2O3以及部分Fe單質(zhì),其中Fe304含量最多。脫硫活性炭導(dǎo)熱系數(shù)隨著活性組分的增加而上升,從0.17W/(m·K)升至0.28W/(m·K),增長率為64.7%。脫硫活性炭再生五次后仍可保持較高的SO2吸附能力,可以循環(huán)使用。
【圖文】：

１．２．１活性炭脫硫機(jī)理逡逑活性炭一般由石墨狀不規(guī)則微晶以及炭氧化合物構(gòu)成�；钚蕴烤哂休^大的孔逡逑徑分布（如圖１－３％，由于表面多孔，比表面積和孔容都很大，其吸附表現(xiàn)良好。逡逑國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會規(guī)定了微孔、屮孔和大孔的孔徑分布，分別為直徑小逡逑于２ｎｍ，，直社在２ｎｍ？５０ｎｍ之間，以及直社大ｈ５０ｎｍ。ｊ（：中微孔由于巨大的比逡逑表面積，＂丨以對材料的吸附性能產(chǎn)牛．巨大影響；中孔不僅可以吸附一定量的氣體，逡逑Ｉ衍且還可以作為吸附質(zhì)分子的通路，主要影響吸附速度；大孔對吸附過程無明顯逡逑影響，一般只作為吸附分子的通道。逡逑微孔逡逑圖丨－３活性炭的孔徑分布逡逑３逡逑

高溫惰性氣體再生、高溫水蒸氣熱解再生和水洗再生是目前應(yīng)用逡逑比較多、技術(shù)比較成熟的再生方法Ｍ，就實際工程上而言，水洗和加熱兩種再生逡逑方式占據(jù)主導(dǎo)地位。這三類方式的的再生機(jī)理如圖１－４所示［１８］。逡逑ＳＯ；（ｇ）邋０，（ｇ）邋Ｈ，０（ｇ）邐ＳＯ．（ｇＸＨ－Ｒ）逡逑ｓａｆｄ）邋—Ｊｓｏ＃邋Ｈ，Ｓ０邋加一？Ｈ，Ｓ０＜（ｌ）－＞Ｈ．Ｓ０ｊａｑＰ－Ｒ）逡逑＿ＬＡＣ．ｉ逡逑｜Ｃ－Ｒ逡逑ｓｏ：（ｇ，邋Ｖｓｏ』ｇ）逡逑Ｗ－Ｒ：ｗａｔｅｒ－ｓｃｒｕｂｂｍｇｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；Ｃ－Ｒ：ｃｏｍｂｉｎｅｄ逡逑ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ｗａｔｅｒ邋ｖａｐｏｒ邋ｂｌｏｗｉｎｇ邋ｉｎ邋ｂｅａｔｉｎｇ邋ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ）；逡逑Ｈ－Ｒ：ｈｅａｔｉｎｇｒｅｇｅｒａｔｉｏｎ逡逑圖１＊４活性炭再生機(jī)理逡逑高溫惰性氣體再生過程會發(fā)生入下反應(yīng)：逡逑Ｈ２Ｓ０４邋＋邋ＣＯ邋＋邋Ｓ０４邋＋邋Ｈ２0邐（１－１）逡逑高？n義希玻齲玻櫻埃村澹澹茫掊澹茫埃插澹澹玻櫻埃插澹澹玻齲玻板危ǎ保玻╁義系臀孿綠康南牧勘冉仙�，主要发生窂摩（１－２），当温度升高时，窂摩（１－１）辶x希靛義

本文編號：2688414