煤基活性炭的结构成分调控及其脱硫脱硝性能研究

作     者：朱圣林 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩飞;皮涛

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：孔结构 脱硫性能 矿石复合 金属氧化物 脱硝性能 

摘      要：NO、SO等大气污染物不仅对生态和社会经济有着极大的破坏,同时也严重危及了我们人类的身体健康。所以,采取有效的方式控制并减少NO和SO向空气中的排放已经迫在眉睫。活性炭法烟气净化技术拥有工艺设备操作相对简单、成本相对较低、活性炭可再生利用等优点,使其成为净化工业烟气行之有效的方案;与此同时,活性炭烟气净化技术的迅速推广使得烟气净化碳基材料产品呈现井喷式发展,但是由于活性炭脱硫脱硝性能低等问题,制约了活性炭法烟气净化技术的进一步发展,因此急需开发更高脱硫脱硝性能的活性炭产品。本论文在对工艺参数优化后研究了活性炭孔结构对脱硫性能的影响,找出其中影响脱硫性能的较为关键因素;并通过在活性炭制备源头引入矿石的添加,研究矿石复合对脱硝性能的影响,以期开发出高性能活性炭材料制备关键技术,最终实现脱硫脱硝活性炭品质的提升,同时助推活性炭法烟气净化技术的进一步发展。本文得出的主要结论如下:(1)在对工艺参数进行优化得出800℃炭化、900℃水活化这个较优工艺后,探索了活性炭脱硫性能的影响因素,发现孔结构对脱硫性能有较为明显的影响。研究结果表明,活性炭孔结构里微孔对脱硫性能的影响更大,且微孔比表面积相比微孔孔容与脱硫性能的关系更加密切,可以通过微孔比表面积/总比表面积来初步判定活性炭脱硫值的大小,孔径分布主要介于0.6～1.3nm范围之间。(2)通过对矿石复合样品进行表征分析和脱硝性能检测,研究矿石成分对活性炭脱硝性能的影响。表征结果表明,添加了矿石的活性炭样品会引入对应矿石成分的金属氧化物,且会在活性炭表面形成更多的含氧酸性基团;脱硝性能的结果则表明,含Mn矿的样品其脱硝率比含Fe矿的要好,而同时含有Mn元素和Fe元素的样品要比单一负载的脱硝性能好。同时对选用的最佳矿石进行了矿石比例的优化,根据脱硝效果以及灰分指标综合选出添加6 wt%矿为最优矿石比例样品。(3)通过对成品活性炭直接负载金属硝酸盐,制备负载改性样品,并对样品进行XRD表征和脱硝性能测试,验证矿石复合对活性炭脱硝性能的影响。结果表明,负载样品的XRD谱图相组成与矿石复合样品的一致,且脱硝性能结果也与矿石复合样品的脱硝性能结果一致,验证了添加矿石提高活性炭脱硝性能的可行性。