活性碳纤维吸附转化SO_2的应用研究
  • 技术应用
  • 2015-12-30 10:11
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   含硫废气的排放是造成大气污染的主要原因之一,其中SO2是危害*大、数量*多的大气污染物质。传统含硫废气的处理如湿法处理等,往往存在投资大、回收率低甚至造成二次污染的缺占U活性碳纤维(ACF)是一种新型高效纤维吸附材料,其制品形式主要是非织造布或毡。ACF比传统的吸附剂活性炭具有更加优异的吸附性能和使用价值。关于ACF制品的制备与应用笔者己作了详细论述12.目前,粘胶基活性碳纤维(V-ACF)在我国生产工艺*成熟且价格较低,所以,本文初步研宄V-ACF对SO2吸附转化性能及吸附机理,为今后的深入研宄及推广应用提供依据。

      称取一定量的ACF置于测定管7中,以流量吸附,隔一段时间测定吸附管重量,直至吸附饱和。

      3ACF对SO2吸附转化能力的测定酸碱用碱液滴定吸附SO2后的ACF,根据其消耗的碱量来准确确定其吸附转化SO2的质量,用该值与所用ACF质量之比来表示ACF对S2的吸附转化能力。

      通的情况下,在短时间内(60min)吸附达到饱和,但在ACF上SO2吸附的量非常少,仅27.60mg/g,此时,我们认为SO2吸附是物理吸附。由于ACF的平均孔径为1.7nm,属微孔型吸附剂,根据杜比宁(Dubinin)从吸附势提出的微孔填充理论,在具有与吸附质分子大小相当的微孔内,由于Van.Derwall弥散力的相互作用,使得相距很近的孔壁的吸引力相互叠加,引起微孔内吸附势的显著增大,大大加大了固体表面与吸附质分子的作用能,从而在极低的压力下就可有大的吸附量,吸附在相对低的相对压和极短的时间内就基本完成,将微孔全部填满,呈现出微孔吸附的特征13.吸附温度:93K气流速度:300mL/min;ACF吸附SO2能力ACF属微孔型吸附剂,外表面大、孔口多、容易吸附和脱附;ACF的孔径分布窄、有效吸附孔的数目多、吸附容量大,吸脱行程短是吸脱速度快的主要原因之一。

      2.2S2在ACF上的化学吸附我们模拟被大气严重污染、*易产生酸雾的大气将空气、水蒸气及SO2的混合气体通过ACF层进行吸附,混合气体SO2浓度为5mg/m3,气流相对湿度为65%~70%流速为300mL/min,温度为293K,实验测得SO2吸附转化能力如所示。

      从可以看出,1h内SO2吸附量迅速增加,在这一段以物理吸附为主。从1h~24h这一段,吸附量几乎呈直线增加,SO2的吸附转化率与1 300mg/g以上。因为在这一段以化学吸附为主,ACF中的C起催化作用,由于催化剂量一定,参加反应的各组分(SO2、O2、HO)比例也一定,所以SO2被ACF吸附然后转化为H2SO4的速率一定,从而SO2的吸附转化率为一定值。经过24h的吸附之后,SO2的吸附速率减缓。由于大量的SO2被吸附转化成HSO4而储存于ACF的微孔及纤维间隙内,从而造成作为催化剂的ACF有效作用面积的减少,使得催化反应速率降低。所以,为提高脱硫率必须及时脱吸H2SO4或再生ACF. ACF对SO2的吸附转化反应方程式为催化剂C与催化剂有关这一点是与一般的气体吸附所不同的地方。包括活性炭在内的一般碳系吸附剂成为上式的催化剂,很早以前就由H.Dratwa、H.uentyen等人论述过5'―段时间后,肉眼即可看出测定管内的纤维表面呈湿润状态,经过大约20h以上,有硫酸液滴析出或游离出来,这就是反应生成的H2SO4.这样SO2在ACF表面催化氧化为硫酸并填充到ACF的孔中,ACF上溢流出硫酸,由于ACF表面是疏水性质,故凝结于ACF上面,在ACF的外表面硫酸不断地生成。在ACF表面SO2的吸附量大部分是由于ACF表面的催化作用而被氧化,以硫酸的形式存在于ACF的细孔内及纤维集合体中。其以物理形式吸附的SO2含量很小,与吸附转化的SO2相比少得多。

      时间呈线性关%ACfc对SOffi转化能力备附转化率笔者应用V-ACF对SO2的物理吸附、化学吸附和催化吸附性能,合理控制气流成分,使SO2吸性措施,不引入其他杂质,避免了杂质对回收的硫酸的污染,提高了硫酸的纯度。我们认为采用价格比较便宜、比表面较大的粘胶基活性碳纤维进行吸附转化SO2是比较经济实用的。实际上在大多数的含硫废气中均含有一定的2、H2,反应中ACF以催化反应为主,以物理形式存在的SO2还是很少的,这一点与2.1结论相同。

      2.3ACF表面的H2SO4浓度为了分析ACF表面生成的H2SO4浓度,我们换算后S2吸附量之间的关系图。从图中可以看出,在一定范围内,ACF增重与SO2含量的关系呈线性关系,即H2SO4浓度为一定值,约50%在此阶段,吸附条件一定的情况下,反应和吸附时间没有关系,仅和ACF重量有关,这正好验证了2.2中所述ACF作为催化剂参与反应的论点。所以我们可以从ACF增重的角度来分析其吸附程度。

      ACF增重与SO2含量的关系由于物理吸附的SO2非常少,重量的增加都可以当成生成的硫酸溶液(浓度一定),在吸附温度及混合气体各组分比例一定时,反应生成的硫酸浓度为一定值,所以ACF对SO2氧化反应起催化作用,这是很明显的。

      气相中的水在与S2竞争同一类活性中心时,由于S2的吸附能力比水蒸气强,S2将优先占据活性部位被氧化,随后与气相中的水蒸气反应生成H2SO4后被洗脱,空出活性部位,使S2的继续吸附得以进行。

      3ACF的脱吸和再生要原因之一。吸附SO2的ACF的再生主要有化学再生、热再生和洗涤再生三种方法。化学再生往往会造成二次污染而且工艺复杂,所以实际应用不多。

      热再生是普遍应用的方法,该法可以对SO2回收利用,不会造成二次污染,但有耗能大及对ACF损耗的缺点。热再生可将ACF加热到190利用。若在惰性气体中加热,从190C左右开始,硫酸根据下式反应变成SO2而回收,ACF被再生。

      实际反应以(3)式为主。若慢慢升温,在约320C下,大部分的硫酸便解吸完了。但该反应消耗大量的ACF,对本来就昂贵的ACF来说,无疑该方法是不适用的。

      在加热解吸中也有用热水蒸气的方法。该法具有ACF消耗量小、SO2容易回收、比较安全等特占我们采用了洗涤和真空脱吸相结合的方法,即降低了能耗又减少了对ACF的损伤。我们用三种工艺进行脱附再生:①洗涤再生一真空脱吸;②真空脱吸一洗涤一烘干;③真空脱吸一洗涤再生一真空脱吸。**种方法由于直接水洗,耗水量大、酸浓度低。第二种方法先真空吸去部分浓硫酸,然后采用水洗再生,耗水量较小、酸液浓度较高而且再生较彻底。第三种方法先真空吸去部分浓硫酸,然后采用水洗再生,*后采用真空脱吸。该方法不仅用水少、耗能低而且再生*彻底。该工艺经济可行,具有很大的使用价值。实验证明,再生后的ACF对SO2吸附转化能力仍达再生前的98.50%在ACF吸附转化SO2中ACF无须彻底干燥,所以经真空脱吸后的ACF即可回用于生产,酸浓度较低的洗液可用于化工厂或化肥厂使用。若用水洗的方法,硫酸从ACF的细孔内部流出的速度很重要,为了提高解吸速度,提高水温也是一个行之有效的方法。

      一的再生!直是阻碍他椎嚷用的主PubshingACS以有效吸附褚2这一虫能有望在将来用于大规模治理被SO2污染的环境。利用ACF对SO2的物理吸附性能可用来制作小巧方便的环保监测仪。用ACF布或毡制成的防护衣、帽、口罩、防毒面具等对含高浓度SO2等毒气的气体有良好的吸附和遮蔽能力,可以供在战争或有害气体环境中战斗或工作的人员使用,而且这些防护用品更加高效方便。ACF还可以用于气体的净化、精制、分离和提纯,而烟气脱硫是*具潜力的市场。相信在不久的将来,ACF的生产和应用将会有广阔的前景。

      5结论V-ACF对由S2、H2、空气组成的混合气体中的SO2有优良的吸附转化能力,*终生成物为H2SO4其中ACF既是吸附剂,又是催化剂。吸附转化能力达1300mg/g,吸附时间可持续24h在吸附条件一定的情况下,ACF表面生成的硫酸浓度为一定值,与吸附时间无关。

      采用真空脱吸一水洗一真空脱吸来再生吸附H2SO4的ACF工艺具有耗能低、再生彻底、无污染的优点,具有很大的实用价值。

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