改性活性炭脱硫剂的研究进展

活性炭是一种应用广泛的脱硫剂，其脱硫性能取决于它的孔隙结构和表面化学性质。为了提高其对SO2的吸附效率及催化性能，往往需要对活性炭的孔隙结构进行调整或改变其表面化学性质。本文综述了活性炭的改性方法及其特点、改性活性炭脱硫剂的研究现状和进展等方面的概况。     

活性炭材料的活化与改性

活性炭是一种应用广泛的吸附催化剂 ,其性能取决于它的孔隙结构和表面化学性质。根据活性炭的表面特性对不同物质的吸附性能 ,对活性炭进行活化和改性处理 ,能进一步满足各种特殊用途的要求。本文概述了活性炭的各种活化和改性处理技术     

活性炭材料的活性与改性

活性炭是一种应用广泛的吸附催化剂，其性能取决于它的孔隙结构和表面化学性质。根据活性炭的表面特性对不同物质的吸附性能，对活性炭进行活化和改性处理，能进一步满足各种特殊用途的要求。本文概述了活性炭的各种活化和改性处理技术。     

活性炭改性研究进展

本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质 3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开 ,从而增大吸附量 ;表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性 ,从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力 ;电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化 ,从而改变吸附性能。最后 ,本文还从活性炭的吸附性质方面 ,客观地提出了今后发展方向     

活性炭改性研究进展

本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开，从而增大吸附量；表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性，从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力；电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化，从而改变吸附性能。最后，本文还从活性炭的吸附性质方面，客观地提出了今后发展方向c     

碱金属盐改性炽热镁渣激冷水合脱硫剂

将炽热镁渣通过激冷水合以及碱金属盐添加剂改性的方法制得脱硫剂,并借助TGA研究改性脱硫剂钙转化率。借助XRD、SEM和BET分析改性脱硫剂物质成分、表面形貌特征以及微观特征,从而获得炽热镁渣激冷水合过程中使用不同碱金属盐改性添加剂的改性机理。结果表明:对镁渣进行激冷水合和加入添加剂改性均可提高脱硫性能;NaCl和Na_2SO_4的加入明显改善了脱硫剂的孔隙结构,Na_2CO_3和K_2CO_3与镁渣水合产物发生化学反应生成CaCO_3并在改性脱硫剂表面附着结晶;水合温度的升高有利于钙转化率的提高。     

酸碱盐改性对活性炭吸附油气特征的影响

采用酸碱盐溶液浸渍方法对活性炭进行改性,探究了其吸附油气的特征,考察了改性后的活性炭对油气吸附量和穿透时间的影响,采用BET、SEM、XRD及FT-IR等方法对活性炭进行了表征。结果表明:改性后的活性炭孔结构和表面化学性质发生了明显的变化,2~#样品(醋酸改性)比表面积最大为1 264.33 m~2·g~(-1),碱改性活性炭对油气的吸附性能优于其他改性方法,3~#样品(氨水改性)吸附容量最高为0.279 g·g~(-1),拟合动力学速率常数k′值是0.096 3,5#样品(氢氧化钾改性)穿透时间最长为130 min;改性处理后,增加了活性炭表面的—OH与C=C含量,正丁烷主要以—CH_2基团吸附在吸附剂表面。在综合酸碱盐溶液改性的基础上,利用Yoon-Nelson动力学方程对吸附曲线进行拟合,评价改性活性炭对油气的吸附性能。以上研究结果可为活性炭吸附油气的工业应用提供参考。     

低温等离子体改性活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附

探究了不同改性时间下的活性炭纤维孔结构和表面化学性质的变化,并进一步研究了改性后的活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附。通过BET比表面积、Boehm滴定分析、FTIR红外光谱对改性前后的活性炭纤维进行表征。结果表明,功率150 W,改性时间为30、60和90 min时,活性炭纤维烧失率随着改性时间延长而升高,分别达到16.5%、27.8%、45.5%。改性过程中,活性炭纤维比表面积和微孔孔容显著增加,有助于改善活性炭纤维吸附性能。在物理吸附和化学吸附作用下,改性活性炭纤维对邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯吸附性能有所提高,其中,改性90 min活性炭纤维对其吸附量分别增加了0.58、0.55和0.44 mg·mg-1。酸性含氧基团由原来的0.973 mmol·g-1增加到1.675 mmol·g-1,改性后酸性含氧官能团的增加使活性炭纤维表面极性增大,有利于对极性有机物邻、间二甲苯吸附量增加率的提高。     

微波改性活性炭的吸附性能

利用微波辐照技术代替传统的加热技术在N2 气中对煤质活性炭进行改性 ,以期提高活性炭的吸附性能。通过正交实验法 ,探讨了微波功率、辐照时间及样品粒径 3种因素对改性活性炭吸附效果的影响。结果表明 ,微波加热提高了活性炭的吸附能力 ,微波功率和辐照时间是决定改性活性炭吸附性能的关键因素 ,并通过对改性前后活性炭的孔隙结构和微结构变化进行分析 ,来讨论其改性机理。     

微波改性活性炭的吸附性能

利用微波辐照技术代替传统的加热技术在N2气中对煤质活性炭进行改性，以期提高活性炭的吸附性能。通过正交实验法，探讨了微波功率、辐照时间及样品粒径3种因素对改性活性炭吸附效果的影响。结果表明，微波加热提高了活性炭的吸附能力，微波功率和辐照时间是决定改性活性炭吸附性能的关键因素，并通过对改性前后活性炭的孔隙结构和微结构变化进行分析，来讨论其改性机理。     

活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响

利用Bothem滴定法测定了化学浸渍处理的活性炭表面酸性含氧官能团浓度,研究表面酸性含氧官能团对甲醛吸附的效应。结果表明,HNO3浸渍处理能有效增大活性炭表面的羧基、酚羟基和内酯基浓度;H2O2浸渍处理主要增大了活性炭表面的酚羟基浓度;随着NaOH浓度的增大,活性炭表面的酚羟基、内酯基和羰基浓度大致呈先增大后减小的趋势,这是由于NaOH的化学清洗作用和酸碱中和反应所致;HNO3浸渍处理的活性炭表面的酸性含氧官能团浓度显著超过NaOH、H2O2浸渍处理的活性炭,而30%(质量分数)NaOH浸渍处理的活性炭和30%(体积分数)H2O2浸渍处理的活性炭吸附甲醛的饱和时间比HNO3浸渍处理的活性炭吸附甲醛最大饱和时间分别多4.0、1.5 h,说明酚羟基能够显著影响活性炭吸附甲醛的效果。     

Pore structure effects on Ca-based sorbent sulfation capacity at medium temperatures: activated carbon as sorbent/catalyst support

The reaction between three different Ca-based sorbents and SO2 were studied in a medium temperature range (473-773 K). The largest SO2 capture was found with Ca(OH)2 at 773 K, 126.31 mg SO2 x g Ca(OH)2(-1), and the influence of SO2 concentration on the sorbent utilization was observed. Investigations of the internal porous structure of Ca-based sorbents showed that the initial reaction rate was controlled by the surface area, and once the sulfated products were produced, pore structure dominated. To increase the surface area of Ca-based sorbents available to interact with and retain SO2, one kind of CaO/ activated carbon (AC) sorbent/catalyst was prepared to study the effect of AC on the dispersion of Ca-based materials. The results indicated that the Ca-based material dispersed on high-surface-area AC had more capacities for SO2 than unsupported Ca-based sorbents. The initial reaction rates of the reaction between SO2 and Ca-based sorbents and the prepared CaO/AC sorbents/catalysts were measured. Results showed that the reaction rate apparently increased with the presence of AC. It was concluded that CaO/AC was the active material in the desulfurization reaction. AC acting as the support can play a role to supply O2 to increase the affinity to SO2. Moreover, when AC is acting as a support, the surface oxygen functional group formed on the surface of AC can serve as a new site for SO2 adsorption.     

几种不同处理方法对活性炭表面化学性质的影响

活性炭表面官能团的种类和数量决定了活性炭的表面化学性质,而化学性质决定了活性炭的表面吸附特性。使用5种常见的处理方法处理活性炭,采用Boehm滴定法,XPS对活性炭进行表征,通过单因素实验系统地考察了活性炭表面含氧官能团及碱度随处理条件的变化,同时通过碱度变化讨论了部分处理方法对于原活性炭表面灰分的去除。结果表明:在处理液150 mL、20℃、200 r/min条件下:50 g活性炭经0.01～5 mol/L HCl处理4 h,活性炭表面碱度降低范围63.2%～76.5%,灰分去除效果好,低浓度的盐酸就能达到较好的灰分去除效果,活性炭表面没有形成大量的含氧官能团;在HNO3浓度1～12 mol/L、处理时间1～8 h、活性炭量25～75 g条件下处理后总碱度降低显著,灰分去除效果优于HCl处理,HNO3氧化作用使活性炭表面形成了大量含氧官能团,总酸度、羧基、内酯基、酚羟基含量均相对于原活性炭增加明显;在H2O2质量浓度5%～20%、处理时间0.5～4 h、活性炭量25～75 g条件下处理后碱性灰分去除不好,活性炭表面没有形成大量含氧官能团,H2O2处理引起活性炭表面化学性质变化较小;在NaOH浓度0.1～2 mol/L、处理时间1～8 h、活性炭量25～75 g条件下处理后碱度增加明显,酸度减小明显,羧基、酚羟基含量降低。50 g活性炭在微波功率100～500 W、处理时间2～10 min、载气流量600～1 400 mL/min条件下经微波处理后,微波热效应导致含氧官能团分解,总碱度增加,总酸度下降,羧基含量、内酯基含量降低,酚羟基含量因条件的不同而变现出不同的变化。     

Pore Structure Effects on Ca-Based Sorbent Sulfation Capacity at Medium Temperatures: Activated Carbon as Sorbent/Catalyst Support

Abstract

The reaction between three different Ca-based sorbents and SO₂ were studied in a medium temperature range (473–773 K). The largest SO₂ capture was found with Ca(OH)₂ at 773 K, 126.31 mg SO₂?g Ca(OH)₂ ^?1, and the influence of SO₂ concentration on the sorbent utilization was observed. Investigations of the internal porous structure of Ca-based sorbents showed that the initial reaction rate was controlled by the surface area, and once the sul-fated products were produced, pore structure dominated. To increase the surface area of Ca-based sorbents available to interact with and retain SO₂, one kind of CaO/activated carbon (AC) sorbent/catalyst was prepared to study the effect of AC on the dispersion of Ca-based materials. The results indicated that the Ca-based material dispersed on high-surface-area AC had more capacities for SO₂ than unsupported Ca-based sorbents. The initial reaction rates of the reaction between SO₂ and Ca-based sorbents and the prepared CaO/AC sorbents/cata-lysts were measured. Results showed that the reaction rate apparently increased with the presence of AC. It was concluded that CaO/AC was the active material in the des-ulfurization reaction. AC acting as the support can play a role to supply O₂ to increase the affinity to SO₂. Moreover, when AC is acting as a support, the surface oxygen functional group formed on the surface of AC can serve as a new site for SO₂ adsorption.     

活性炭孔隙结构在其甲苯吸附中的作用

选用4种商用活性炭(AC),利用氮气绝热吸附、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)测试了活性炭的物化性质。以甲苯为吸附质,在温度为298.15 K下进行了静态和动态吸附实验,研究了活性炭孔结构对其吸附性能、吸附行为、表面覆盖率和吸附能的影响。结果表明:活性炭的比表面积和孔容是其吸附性能主要影响因素,孔径在0.8～2.4 nm之间的孔容和甲苯吸附量之间存在较好的线性关系,且线性斜率随甲苯浓度增加而变大。甲苯吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和准一阶动力学方程式。活性炭孔结构是甲苯吸附速率的主要制约因素。在甲苯快速吸附阶段,微孔为吸附速率主要制约因素,在甲苯颗粒内扩散阶段,微孔和表面孔为吸附速率的主要制约因素,在吸附末尾阶段,中孔和大孔为吸附速率的主要制约因素。4种活性积炭对甲苯的吸附能随其比表面变大而变大。     

焦化废水生物处理尾水的活性炭吸附及条件优化研究

国内焦化企业废水生物处理尾水中COD、色度等指标超标的现象大多是由残留的难降解有机物造成的。针对这种现象,通过采用不同种类和孔结构的活性炭、改变炭表面化学性质、优化吸附环境3种方式对生物处理尾水中的COD成分进行强化吸附,考察炭型、表面化学性质及pH值等因素的影响,以明确焦化废水吸附法深度处理的合理炭型及其优化的条件。把已稳定运行的1 320 m3/d处理规模焦化废水A/O/H/O工艺实际工程生物处理尾水作为研究对象,试验了13种活性炭品种的吸附去除COD及色度的效果,发现甲基蓝值和丹宁酸值大的炭型其吸附容量高;而某一种炭样的吸附特性实验中,不同化学改性时表面酸性官能团含量少的活性炭有利于提高其吸附容量,低pH值条件的吸附能力高于碱性条件,曝气混合方式能够缩短吸附平衡时间。经过优选的活性炭在适宜的反应条件下能够将焦化废水生物处理尾水中的COD值及色度值分别降低至60 mg/L及20倍以下,在较低的运行费用条件下使出水达到工业循环冷却水的水质要求。     

表面活性剂改性活性炭对阳离子染料的吸附

以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)为改性剂对粉末活性炭(AC)改性,研究了SDS在活性炭表面的吸附稳定性,用比表面积测定仪、Zeta电位测定仪对改性前后活性炭进行表征,并将其用于吸附模拟废水中的阳离子染料。结果表明,改性剂SDS浓度等于临界胶束浓度时,改性后活性炭(SDS-AC)对SDS吸附稳定,SDS在纯水和染料溶液中的解吸率分别为19.4%和1.6%。pH对活性炭吸附阳离子橙染料影响较小,SDS-AC和AC对染料的吸附平衡时间分别为4 h和12 h,SDS-AC和AC对阳离子橙染料的吸附动力学模型符合拟二级反应模型,吸附等温线更符合Langmuir吸附等温方程,SDS-AC对阳离子橙染料的最大吸附量较AC提高47.8%,SDS-AC对阳离子橙染料的吸附机制为物理吸附和化学吸附共同作用下的单分子层吸附,其中化学吸附是主要控速步骤。     

NiO/AC催化臭氧氧化去除水中的苯酚

采用低温湿式浸渍法制备了负载氧化镍/活性炭(简称NiO/AC)催化剂。在不同pH、叔丁醇浓度等条件下,对NiO/AC与臭氧联合催化臭氧氧化苯酚的降解效果等进行了研究。用XRD、SEM及BET技术分析了活性炭与催化剂的组成、形貌及结构变化。结果表明,镍以棒状氧化镍的形式负载在活性炭表面,与AC相比,NiO/AC比表面积减少了47.9%。在O3/NiO/AC与苯酚的反应体系中,反应遵循羟基自由基(HO.)机理,苯酚的去除率比单独臭氧氧化提高了29%,且与溶液pH呈正相关。NiO/AC催化性能较稳定,镍离子最大析出浓度仅为7 mg/L,可重复使用。     

Effects of acid treatments of activated carbon on its physiochemical structure as a support for copper oxide in DeSO(2) reaction catalysts

To enhance the dispersion of active sites, modification of the AC supports with different acid solution might result in various surface oxygen groups which act as anchoring sites for metallic precursor to stay and improve the reactivity between AC supports and copper precursor. In the present work, the AC support is tailored with HCl and HNO(3), respectively. The pore structure, surface oxygen groups of the AC support and catalysts as well as catalyst dispersion before and after acid treatments are systematically studied by BET, pH(slurry), TPD, and XRPD analyses. It is found that the order of activity in DeSO(2) reaction is as follows: Cu/AC-HCl>Cu/AC>Cu/AC-HNO(3). The same sequence is also observed for the pore structure of AC supports, the catalyst dispersion, but not for the amounts of CO(2) evolving during TPD experiments of supports. The key role of acid treatment on carbon surface chemistry and pore structure, which are closely related to catalyst dispersion and adsorption capacity, is examined to rationalize these findings. Furthermore, under the NO/NH(3)=1 the NO could be selective catalytic reduction with NH(3) in the presence of O(2), which catalyzed by fresh and spent AC-supported catalyst.