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浸渍剂种类和含量对脱硫效果的影响
图2反映了各种改性活性炭(AC)在无氧和含氧情况下的脱硫性能。在无氧和含氧两种情况下,用Na2CO3、NaHCO3、NaOH、K2CO3改性后的活性炭的硫容量均有不同程度的提高。浸渍剂的改性效果为Na2CO3 ≈K2CO3>NaOH>NaHCO3。其中用NaOH 改性的活性炭,当NaOH的含量为5%时,活性炭的硫容量达到最大;而对于另三类改性活性炭,当改性剂含量为10%时硫容量最大。在所有的改性活性炭中,含10% Na2CO3改性活性炭的改性效果最好。
图2 浸渍剂含量对活性炭硫容量的影响
表1和表2反映的是改性后活性炭的pH和比表面积的变化情况。可以看出,改性后活性炭的比表面积均有所下降,但活性炭的pH却明显提高。这是因为所用的改性剂均为碱性试剂,使活性炭的表面碱性增强,有效改善了活性炭的表面化学性质。用NaOH改性的活性炭,当改性剂含量超过5%后,活性炭的pH上升不再明显,但其比表面积却下降很大,从而导致硫容量下降。用碳酸盐改性的活性炭脱硫效果比其他的要好,这可能是由于碳酸根在活性炭表面产生了更多的活性中心的缘故。
表1 浸渍改性后活性炭的pH
浸渍剂含量/%
|
NaOH
|
NaHCO3
|
Na2CO3
|
K2CO3
|
0
|
8.96
|
8.96
|
8.96
|
8.96
|
2
|
9.45
|
9.01
|
9.04
|
9.08
|
5
|
9.59
|
9.24
|
9.26
|
9.27
|
8
|
9.61
|
9.33
|
9.42
|
9.46
|
10
|
9.63
|
9.55
|
9.57
|
9.64
|
12
|
9.65
|
9.60
|
9.62
|
9.67
|
表2 浸渍改性后活性炭的比表面积/(m2·g-1)
浸渍剂含量/%
|
NaOH
|
NaHCO3
|
Na2CO3
|
K2CO3
|
0
|
1090
|
1090
|
1090
|
1090
|
2
|
995
|
1021
|
998
|
956
|
5
|
950
|
985
|
906
|
897
|
8
|
865
|
956
|
887
|
879
|
10
|
801
|
912
|
760
|
758
|
12
|
720
|
865
|
701
|
689
|
2.2 温度对脱硫效果的影响
图3反映了在无氧和含氧两种条件下温度对脱硫效果的影响。在无氧条件下活性炭的硫容量随温度的升高而降低,而在含氧条件下活性炭的硫容量先随温度的升高而增大,当温度达到160 ℃左右时硫容量达到最大,温度继续升高时硫容量开始下降。本实验结果和文献[4]报道是一致的。在无氧情况下SO2依靠单纯的物理吸附附着在活性炭上,所以随温度的升高硫容量会减小。而在含氧时,SO2在活性炭表面发生了催化氧化反应,在160 ℃左右时反应活性最大,硫容量达到最大。
图3 温度对活性炭硫容量的影响
表3反映了在无氧和含氧两种情况下活性炭脱硫反应前后pH的变化情况。在含氧情况下反应后的pH比无氧时下降更大,这可能是因为在含氧的情况下,SO2在活性炭表面上的催化氧化反应生成的H2SO4导致了活性炭的pH下降。
表3 在无氧和含氧情况下活性炭脱硫反应前后的pH变化
活性炭样品
|
5% NaOH
|
10% Na2CO3
|
未改性AC
|
反应前的pH
|
9.59
|
9.57
|
8.96
|
反应后的pH(无氧)
|
9.08
|
9.47
|
8.37
|
反应后的pH(含氧)
|
8.78
|
9.12
|
7.51
|
2.3 湿度对脱硫效果的影响
图4反映了原料气的湿度对活性炭硫容量的影响。在无氧情况下原料气湿度在20%~40%比较适宜,湿度过大会使活性炭的硫容量有所下降,其中用NaOH改性的活性炭所受的影响较小。在含氧情况下,原料气湿度的增加使活性炭的硫容量明显增大。原因可能是:在无氧情况下SO 2在活性炭表面的物理吸附是主要作用,当原料气的湿度过高,H 2O一方面和SO 2发生竞争吸附,更重要的是H 2O和SO 2反应生成的H 2SO 3在活性炭表面形成一层酸性水膜阻碍SO 2的吸附。由于NaOH对酸性水膜有一定的缓冲作用,所以在无氧的情况下高湿度的原料气对NaOH改性活性炭的影响要小。在含氧的情况下,SO 2在活性炭表面发生催化氧化反应,H 2O可以使催化氧化生成的SO 3以H 2SO 4的形式及时的从活性中心上脱附下来,从而使活性炭的硫容量增大,很多学者都从催化反应的机理上证明了这一点 [5~8]。
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