改性兰炭烟气SO₂吸附材料的制备及其再生性能

刘俊杰^1,2，苏伟^1,3，邢奕^1,3，刘卫民⁴，赵青涛²，庞升果²，蒋兟²，卫祥民²，历新燕¹

1. 北京科技大学能源与环境工程学院2. 北京北方节能环保有限公司3. 工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室4. 北京建筑材料科学研究总院有限公司固废资源化利用与节能建材国家重点实验室

摘 要：利用活性炭（焦）等吸附剂将烟气中的污染物分离出来是一种有效的烟气治理与资源化方式.兰炭作为一种廉价半焦碳素材料,是一种有潜力代替现有商用活性焦的多孔材料.本文采用陕西兰炭作为研究对象,研究炭化时间、炭化温度、黏结剂添加量等改性工艺对所制备的吸附剂性能的影响,考察了微观形貌变化,利用X射线光电子能谱（XPS）探究在吸附解吸过程中的表面官能团的变化.结果表明,炭化温度对耐磨强度、耐压强度指标影响显著,炭化时间对饱和脱硫值和穿透脱硫值影响显著;在煤焦油添加比例50%,700℃炭化20 min,900℃活化60 min条件下制得改性兰炭参数为:耐磨强度95.81%,抗压强度536.1 N·cm-1,每克兰炭饱和脱硫值45.71 mg,每克兰炭穿透脱硫值23.45 mg;经历多次吸脱附过程第一次失活时,表面被大面积刻蚀,孔隙与小颗粒增多.兰炭吸附剂失活后可以通过二次活化的方式提高其吸附性能,但衰减速度比新改性兰炭要快.二次失活后,在酸蚀刻、水蒸气扩孔等共同作用下致使骨架结构过度烧蚀而坍塌;改性兰炭表面含氧基团的量和构成比例会影响吸附性能.含氧与含碳基团的比值与吸附性能相对应,含氧基团比例越高,吸附性能越差.二次活化再生改变了各含氧基团所占比例,令C=O显著下降,O-C=O显著增加,C-O变化不大.O-C=O官能团尽管含氧,但可能对吸附抑制作用不显著.本研究将为工业烟气治理提供一种新型吸附剂的制备方法,同时也为兰炭表面改性以及二氧化硫吸附解吸机制的研究提供参考.

关键词：兰炭;吸附剂;烟气净化;再生;活化;