王志刚

摘 要：SO2的排放会对大气环境造成严重污染，在可持续发展理念下，环保领域高度重视降低燃煤烟气中SO2的排放量。本文主要通过实验来探讨热处理改性的活性碳纤维的脱硫活性，旨在明确表面含氧官能团种类与脱硫活性关系、CO释出量与ACF脱硫活性关系，从而促进活性碳纤维应用优势的发挥，来改善烟气脱硫成效，仅供相关人员参考。

关键词：热处理改性;活性碳纤维;脱硫活性

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

1 实验部分

1.1 样品制备及改性

在本次实验中，所选用的原料主要是乙烯渣油沥青炭纤维ETO，在不同的温度条件下，以水蒸气进行协调活化处理，不同温度下所开展活化的时间的有所不同，通过此种方式可制出ACF样品，实验操作的顺利进行还需要准备好粘胶基ACF样品。以ACF样品为对象，在高纯N2保护下，保持持续升温速率加热室温，加热后室温不可低于600℃，不可高于1200℃，其中升温速率一般为10℃/h，加热后保持恒温状态，1h后令其自然冷却，从而为ACF样品的热处理改性操作创造有利条件。热处理改性样品的获得，以HT为主要标志，比如1200℃条件下ETP-1热处理后所获得的样品可通过ETP-1（HTP1200）来表示。样品氧化热处理改性的实现主要在空气环境下开展，在标准温度条件下进行氧化处理，受到N2保护，以标准速率持续升高至标准温度，保持1h恒溫状态，之后对所获得的氧化热处理改性样品进行准确标准，以元素、比表面积和孔结构作为主要分析元素，确定其相关参数，对ACF样品开展具体分析。

1.2 SO2连续脱除

该操作的开展以固定床反应器为主要环境，固定床反应器的内径为8mm，其中ACF质量不可低于0.05g，不可超出0.25g，令装填高度自A25mm以内，但不可低于5mm，对烟气中SO2、O2及H2O的密度进行模拟，以火焰光度检测器对进出口气体中所含的SO2进行检测，实际检测过程中以30℃为最佳反应温度，气体流速控制在100ml/min。

1.3 样品表征

在本次实验中，选用产自美国的ASAP2000型吸附仪来对样品进行测定，明确其比表面积与孔结构，在液氮温度下通过N2来实现有效吸附。在BET方程与H-K法的作用下，对样品比表面积和孔体积加以确定，以石英玻璃装置作为主要反映环境，开展CO-TPD实验和CO2-TPD实验。通过质谱仪来检测实验操作中所释放出的CO和CO2，在30℃条件下，以100ml/min作为标准气体流速，测定ACF吸附气体的具体容量，确定SO2的密度，掌握好ACF吸附气体的具体吸附时间，对SO2和O2的吸附量进行同时测定，并适当调整气流中O2比例，在其余条件相同的情况下测定SO2吸附量。以盐酸溶液作为反应环境，将样品浸泡其中48h，之后进行过虑，以NAOH溶液进行检测，依据盐酸溶液浓度变化来计算样品对于盐酸的消耗量，据此可确定样品表面碱性官能团总量。

2 结果与讨论

2.1 热处理改性ACF的脱硫活性

由于热处理温度条件有所不同，在ACF改性后，SO2脱除能力在O2和H2O条件下也存在一定差异。通过研究可知，对于ETP来说，改性处理能够在一定程度上改善其脱硫活性，SO2完全脱除的时间也会发生明显变化，随着出口浓度的增长，稳态脱除率可达10.4%。在热处理作用下，随着温度的升高，ETP的脱硫活性也会有所提升。待SO2完全脱除后，其浓度会有所增加，在平衡状态下可脱除比例可达80.4%，此时可通过热处理温度的提升来改善ACF的脱硫活性，降低热处理温度升高对于微晶排列、定向与长大所产生的影响，降少活性炭边缘部位缺陷。当m（ACF）为0.10g时，ACF的脱硫活性可通过热处理来改善，若这一值为0.05g时，以1000℃作为反应条件，则在热处理条件下，能够达到最佳的脱硫活性。在1100℃条件下，通过热处理可在一定程度上提升煤焦油沥青基ACF的脱硫活性，在改性条件下，令OG-10A达到95%的平衡SO2脱除率。也就是说，在惰性气氛下，通过高温热处理作用能够对原料进行科学化处理，令ACF脱硫活性得到明显提升，当ACF比表面积相近的情况下，令其最佳热处理温度与其现实情况相对应，此时热处理改性能够达到良好的效果，脱硫活性也发生明显变化，相对比而言，粘胶基ACF的脱硫活性最强，其次是煤焦油沥青基ACF，以乙烯渣油沥青基ACF的脱硫活性最弱。

2.2 表面含氧官能团种类与脱硫活性关系

在不同种类含氧官能团的作用下，ACF表面热稳定性也存在一定差异，于不同温度条件下开展热处理改性操作后，ACF在表面化学性质方面会有所不同，这就势必会影响其在气体方面的吸附量与吸附效果，进而影响ACF的脱硫活性。在惰性气氛条件下，若温度较高，通过热处理能够令ACF表面碱性官能团总量处于增加状态，通过观察其变化规律不难发现，其所受ACF实际吸附能力的影响较小，与SO2吸附量变化存在明显差异。在热处理过程中，表面含氧官能团会发生分解，此种条件下会产生一定碳原子，并且呈不饱和状态，与此同时受到活性中心的影响，导致ACF的吸附能力发生变化。

2.3 CO释出量与ACF脱硫活性关系

在高温热处理作用下，ACF的脱硫能力得到一定改善，促进CO释放量的增加。若在引入所释出CO官能团之后进行热处理，则能够进一步改善ACF脱硫活性。在热处理改性的过程中，氧化剂的选用是重要的前提，一般以空气、O2、HNO3为主，在氧化处理后于惰性气氛中实现热处理，其脱硫活性要明显优于直接热处理改性的样品。其中，以O2、开展氧化热处理的样品更具优良的脱硫活性，研究发现CO官能团数量与ACF脱硫活性之间存在正比例关系。

参考文献：

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