王春明

（上海星濟(jì)工業(yè)廢物處理有限公司 上海 201419）

0 引言

活性炭脫硫方法也存在著價格較高；強(qiáng)度低；吸附、再生使用中損耗大；不利于脫硝；脫硫容量低、脫硫速率慢、再生頻繁易造成二次污染等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)制約了活性炭脫硫工藝在工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。目前我國關(guān)于活性炭脫硫工藝的研究和開發(fā)大多處于實(shí)驗室階段，所以應(yīng)加強(qiáng)對這方面的投入，開發(fā)出適合我國國情的活性炭脫硫工藝。

1 活性炭吸附法的原理

活性炭表面的某些含氧絡(luò)合物基團(tuán)是二氧化硫吸附及氧化的活性中心，而其發(fā)達(dá)的表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)有利于分子的擴(kuò)散和傳遞。因此，活性炭對二氧化硫的吸附是由物理吸附和化學(xué)吸附兩類過程組成的。其反應(yīng)式如下：

其中（1）、（2）、（3）式為物理吸附過程，（4）、（5）、（6）式為化學(xué)吸附過程?？偡磻?yīng)式可表示為：SO2+H2O+0.5O2→H2SO4

所以，活性炭對SO2的吸附是在活性炭表面進(jìn)行的吸附氧化反應(yīng)過程。

2 實(shí)驗裝置

設(shè)計并搭建如圖1所示的一套動態(tài)固定床吸附裝置，用于各種動態(tài)吸附實(shí)驗。用液態(tài)SO2、氮?dú)?、空氣和水蒸氣模擬煙氣。通過連接管將液態(tài)SO2引入鋼瓶中，然后充入高壓氮?dú)庵疗績?nèi)壓力為10MPa。配好的氣體靜置2～3天后使用。用電爐加熱燒杯中的水達(dá)到沸騰，再將燒瓶放入沸水中進(jìn)行水浴恒溫加熱。進(jìn)入床層的水蒸氣流量的改變通過向燒瓶中通入不同流量的空氣來實(shí)現(xiàn)。通過不同量程的流量計分別調(diào)節(jié)進(jìn)入緩沖瓶的空氣量、夾帶水蒸氣的空氣量和鋼瓶內(nèi)混合氣體的流量，同時通過監(jiān)測SO2監(jiān)測儀讀數(shù)來調(diào)節(jié)緩沖瓶內(nèi)的模擬煙氣的濃度，待濃度達(dá)到實(shí)驗要求且穩(wěn)定后開始實(shí)驗?；钚蕴看矊拥臏囟韧ㄟ^超級恒溫器向活性炭外層套管通入恒溫水來保持恒定。床層的溫度以套管出水口溫度計讀數(shù)計。

圖1 實(shí)驗裝置圖

圖中紅色的虛線是用來測量煙氣進(jìn)口濃度的管路。為了減少管路對SO2的吸附，應(yīng)盡量縮短管線長度，管路各接口處用聚四氟乙烯材料進(jìn)行密封。每次實(shí)驗都進(jìn)行氣密性檢查，以保證測量值的準(zhǔn)確性。

3 整個實(shí)驗裝置主要儀器、設(shè)備及試劑

表1 主要實(shí)驗試劑

表2 主要實(shí)驗儀器、設(shè)備

其中SO2濃度檢測儀的原理是：

圖2 SO2監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)原理圖

SO2分子吸收紫外光并在一定波長下變成激發(fā)態(tài)，然后在另一個不同的波長下衰減到低能級并釋放出紫外光（）。

首先，煙氣通過煙氣防水艙被吸入到SO2濃度監(jiān)測儀。然后煙氣先通過壓力傳感器再流經(jīng)毛細(xì)管和流量傳感器。接著煙氣流入熒光室，在熒光室里紫外光激活SO2分子。透光鏡將不斷跳動的紫外光集合在熒光室里的一組鏡子上。這一組鏡子是由4個能夠有選擇性反射一定波長的光的鏡子組成。一定波長是指能激活SO2分子的光的波長。

因為激發(fā)態(tài)的SO2分子衰減到低能級時釋放的紫外光是與SO2的濃度成正比的。而帶通過濾器只允許激發(fā)態(tài)的SO2分子發(fā)出的光的波長通過光電倍增管。光電倍增管用于檢測衰減的SO2分子發(fā)出的紫外光。光電檢測器位于熒光室的后部，用于持續(xù)檢測不斷變化的紫外光源。光電檢測器是和一個用于補(bǔ)償紫外光中的波動的電路連在一起的。煙氣通過泵流入并通過分析儀的排放防水艙排出。SO2濃度示數(shù)可通過前面的顯示屏讀出。

4 吸附實(shí)驗操作步驟

（1）配氣。用液態(tài)SO2、氮?dú)?、空氣和水蒸氣模擬煙氣。通過連接管將液態(tài)SO2引入鋼瓶中，然后充入高壓氮?dú)庵疗績?nèi)壓力為10MPa。配好的氣體靜置2～3天后使用。

（2）系統(tǒng)檢漏。實(shí)驗前先向鋼瓶內(nèi)充入8個大氣壓的空氣，然后打開鋼瓶的閥門，通氣一定時間后，用肥皂液涂在各連接口處，無氣泡產(chǎn)生時說明管路不漏氣。每次實(shí)驗應(yīng)保證系統(tǒng)不漏氣。

（3）調(diào)整模擬煙氣進(jìn)口濃度。在鋼瓶中配好煙氣并穩(wěn)定后待用。實(shí)驗時先將鋼瓶閥門打開，調(diào)整鋼瓶流量，空氣流量和濕空氣流量，使煙氣進(jìn)口與SO2濃度監(jiān)測儀相連，使進(jìn)口濃度維持在實(shí)驗所需的數(shù)值并保持穩(wěn)定。

（4）進(jìn)口煙氣濃度穩(wěn)定后，使SO2濃度監(jiān)測儀與煙氣出口相連，使儀器讀數(shù)恢復(fù)到空氣值，然后開始進(jìn)行吸附實(shí)驗。將煙氣通過裝有活性炭的吸附管同時將吸附后的煙氣出口與SO2濃度監(jiān)測儀相連，每隔5分鐘記錄讀數(shù)。

（5）待監(jiān)測儀讀數(shù)達(dá)到穿透點(diǎn)時停止實(shí)驗。本實(shí)驗研究中所定義的穿透點(diǎn)為當(dāng)SO2出口濃度達(dá)國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時的數(shù)值，即在20℃時為960mg/m3。

吸附操作條件對吸附的效果也有比較大的影響，主要包括有溫度、氣體流速、氣體濃度及床層厚度等。

5 改性方法

加熱改性：對活性炭在N2氣氛中進(jìn)行600℃高溫處理2h。

KOH改性：mangan等研究后發(fā)現(xiàn)，將含堿性官能團(tuán)的物質(zhì)摻入是增加吸附的有效方法。在模擬煙氣中，吸附量增加的主要因素是中堿性基團(tuán)的質(zhì)量百分比。因此，KOH處理過的在模擬煙氣中的脫硫活性得以明顯提高。制備浸漬活性炭的步驟如下：

（1）浸漬液的配制：分別稱取KOH固體0.28g溶于適量的去離子水中，然后轉(zhuǎn)入容量瓶中定容至50mL，配制成濃度為0.1mol/L的KOH溶液。備用。

（2）浸漬：分別取10g活性炭，置于100mL蒸發(fā)皿中。再將上述配制好的浸漬液取10mL慢慢倒入其中，并同時攪拌，直到所有顆粒都均勻的接觸上浸漬液為止，然后將少量剩余的浸漬液全部倒入其中，攪拌均勻?；钚蕴吭诮n過程中要大量吸水，因此浸漬液量不能太少；但浸漬液量又不能相對于所要浸漬的活性炭量過多。一般，活性炭的浸漬比為80%，（即100g活性炭需要80g浸漬液）。通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗所用活性炭吸水量較大，為了保證浸漬液用量一定，故選擇用10mL浸漬液浸漬10g活性炭。

活性炭經(jīng)浸漬2h后，用吹風(fēng)機(jī)將其吹干并同時攪拌，至活性炭顆粒間松散無粘連后停止。

（3）干燥：將吹干后的樣品放置于烘箱中，緩慢升溫至120℃后，恒溫干燥2小時。

（4）活化：將干燥好以后的浸漬性活性炭再轉(zhuǎn)入小坩鍋中，放入管式爐內(nèi)在N2氣氛中進(jìn)行600℃高溫處理2h。

6 再生方法

采用水洗法再生活性炭。每次均取10mL 80℃的恒溫水于恒溫水槽中洗滌吸附飽和的活性炭。共洗滌5次。在第一次和第二次洗滌時均攪拌30分鐘，其余3次攪拌洗滌5min即可，將各次洗滌后的水分別收集并編號1～5，將活性炭烘干，用于下一次吸附?；钚蕴吭俅挝竭_(dá)飽和時，對其進(jìn)行第2次再生。用上次的2#水作為此次再生的第一次用水。其它遞推，第五次用水為新取的10ml80℃的恒溫水。洗滌方法同第一次?；钚蕴吭偕策M(jìn)行4次。將每一次的第一次洗滌液混合。用配制好的0.001mol/L的NaOH溶液滴定所得稀酸，測得其濃度為0.00033mol/L左右，pH值在3～4之間。

滴定過程操作：

1、配制0.0001mol/L標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液。

2、取標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液：用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗堿式滴定管1－2次，注入標(biāo)準(zhǔn)液至0刻度線以上固定在滴定管夾上，迅速擠壓玻璃球?qū)⒓庾鞖馀菖懦?。調(diào)整讀數(shù)在0刻度以下，記下準(zhǔn)確讀數(shù)。

3、取待測硫酸溶液用待測液往清潔的錐形瓶內(nèi)準(zhǔn)確放入10ml的洗滌所得的硫酸溶液。

4、在錐形瓶硫酸溶液中滴入2滴酚酞試劑

5、用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定：左手控制堿式滴定管尖嘴玻璃球，右手拿住錐形瓶頸，邊滴入NaOH邊不斷搖動，眼睛要始終注視錐形瓶中溶液顏色的變化。

6、當(dāng)錐形瓶中溶液無色突變紅色時，停止滴定，待30s不變色，準(zhǔn)確記下NaOH讀數(shù)，并準(zhǔn)確求得滴定用去的NaOH體積。

7、滴定操作重復(fù)2－3次

8、將幾次滴定用去NaOH體積的平均值代入關(guān)系式計算：

得到收集的稀硫酸的濃度。

7 結(jié)束語

煤炭燃燒是目前我國獲取能源最主要的途徑。富煤、少油和少天然氣的特殊能源結(jié)構(gòu)以及火電廠所具有的投資少、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，決定了我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來很長時間內(nèi)不會有大的改變。大量煤炭的燃燒，導(dǎo)致我國大氣出現(xiàn)嚴(yán)重煤煙型污染，其中燃煤煙氣排放的SO2對環(huán)境污染尤為嚴(yán)重，控制其排放勢在必行。

[1]何春紅，鄭嘉明.活性炭在煙氣脫硫中的應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)與工程.2002，2