活性炭孔結(jié)構(gòu)對(duì)脫硫脫硝性能的影響

1、比表面積

有關(guān)孔容和比表面積對(duì)活性炭的脫硫性能及硫容的影響的研究很多，其影響結(jié)果也不盡相同。

使用水蒸氣在850-950℃下活化制備了一系列比表面積的煤質(zhì)活性焦，使用含SO₂ 2000ppm的模擬煙氣，在5000h^-1的空速下進(jìn)行脫硫研究，發(fā)現(xiàn)硫容與總比表面積和孔容均沒有關(guān)聯(lián)，但是與微孔比表面積呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，微孔比表面積較大的活性焦的硫容也呈現(xiàn)出較大值；作者認(rèn)為微孔是發(fā)生脫硫反應(yīng)的主要場(chǎng)所，脫硫后活性焦微孔容積相比原活性焦減少0.0115cm³/g，證明脫硫之后SO₂被氧化成SO₃儲(chǔ)存在微孔中。

在微波再生過程中C與生成的H₂SO₄反應(yīng)造成的碳燒失使得比表面積及孔容增大，300W和400W再生功率下循環(huán)17次后碳燒失率分別為19%和27.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），比表面積由最初的524.9m²·g^-1上升到721.2m²·g^-1，硫容由70mg·g^-1上升到了85mg·g^-1。

在較高的進(jìn)氣濃度和較低的吸附溫度下，活性炭的微孔比表面積與SO₂吸附量的線性相關(guān)系數(shù)較大，說明在此條件下SO₂的吸附量主要受到微孔的影響，而在低進(jìn)氣濃度和較高的吸附溫度下，SO₂吸附量不僅與微孔相關(guān)，還與SO₂進(jìn)氣濃度和床層反應(yīng)溫度有關(guān)。

2、孔體積及孔分布

活性炭的孔結(jié)構(gòu)與比表面積可以對(duì)脫硫脫硝起到一定的影響。在活性炭的吸脫附過程中，中孔作為傳質(zhì)通道，微孔作為儲(chǔ)存場(chǎng)所。

使用椰殼活性炭在30℃下同時(shí)吸附H₂S（體積分?jǐn)?shù)2%）和SO₂（體積分?jǐn)?shù)1%），空速237.7h^-1，出口的總硫量可以降低至10mg/m³，吸附的氣體量折合成單質(zhì)硫來計(jì)算，在此條件下每克活性炭可吸附64.27mg硫單質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)0.5nm左右的微孔是吸附的主要活性位，中孔對(duì)深度脫硫并沒有太大貢獻(xiàn)。

分別使用椰殼和煤制備了一系列孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭并于120℃下進(jìn)行脫硫，整體上看來，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的樣品具有較高硫容，但是硫容與孔容并不呈線性關(guān)系，而在500-800m²/g區(qū)間內(nèi)，比表面積與硫容呈一定的線性關(guān)系，作者認(rèn)為在活性位的數(shù)量相當(dāng)?shù)那闆r下，大的比表面積有利于活性位的均勻分布，也增加了反應(yīng)物的擴(kuò)散區(qū)域，因而更能有效利用作為存儲(chǔ)空間的孔容。

使用活性炭纖維（ACF）探究了孔分布對(duì)活性炭脫硫的影響，發(fā)現(xiàn)ACF初始吸附速率與孔徑成反比，而總吸附量是由孔徑和孔體積共同決定的；高溫處理可以增大孔體積，從而提高SO₂的吸附量，其中1000℃熱處理的ACF表現(xiàn)出了最高的吸附量。

使用ZnCl₂活化法制備了一系列廢茶活性炭，具有最大的比表面積（1485m²/g）的樣品吸附脫硫性能反而較差，微孔孔徑增加降低了微孔的吸附勢(shì)能，不利于活性炭對(duì)SO₂的吸附，相對(duì)而言孔徑在0.7nm左右的樣品脫硫效果更好。

在較高進(jìn)氣濃度和低吸附溫度時(shí)，活性炭的總孔容與吸附量呈較好的線性關(guān)系，吸附溫度298K，進(jìn)氣濃度75000mg/m³時(shí)，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大值0.9578。而進(jìn)氣濃度較低，吸附溫度較高時(shí)，活性炭孔容的利用率相對(duì)較低，總孔容與SO₂吸附量的線性相關(guān)系數(shù)較小。

豐富的孔結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)吸附性是活性炭應(yīng)用于脫硫脫硝的前提，但是總體而言脫除效果與比表面積和孔徑并不一定成正比。活性炭對(duì)SO₂的吸附性能以及對(duì)NO的催化性能受到多方因素的綜合影響，除去孔結(jié)構(gòu)，活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)也起到了重要的作用。