脱硫脱硝用活性炭研究进展

脱硫脱硝用活性炭研究进展1.本文概述随着全球对环境保护和大气污染治理的日益重视，脱硫脱硝技术作为控制燃煤电站等工业排放中硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）的关键手段，其研究和应用受到了广泛关注。活性炭因其独特的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学性质，成为了一种重要的脱硫脱硝材料。本文旨在综述近年来在脱硫脱硝用活性炭的研究进展，包括活性炭的制备方法、改性技术、脱硫脱硝机制以及在实际应用中的性能评估。本文还将探讨当前研究中的挑战和未来的发展趋势，为活性炭在脱硫脱硝领域的进一步研究和应用提供参考和指导。2.活性炭的特性及其脱硫脱硝机制活性炭，作为一种具有高度孔隙结构和表面活性的炭材料，因其独特的吸附性能在脱硫脱硝领域展现出巨大的应用潜力。本节将深入探讨活性炭的特性，并详细阐述其在脱硫脱硝过程中的作用机制。活性炭的主要特性包括其高孔隙结构、大的比表面积和表面化学性质。这些特性决定了其在吸附方面的优异性能。孔隙结构：活性炭具有丰富的微孔、介孔和大孔结构，为其提供了巨大的比表面积。这种多孔结构有利于气体和溶液中的分子进入活性炭内部，从而增加了吸附的可能性。比表面积：活性炭的比表面积通常在几百到几千平方米每克之间。高比表面积为活性炭提供了更多的吸附位点，使其在脱硫脱硝过程中能更有效地吸附硫和氮的化合物。表面化学性质：活性炭表面含有大量的含氧、含氮官能团，如羟基、羧基、内酯等。这些官能团可以通过化学吸附作用与硫、氮化合物发生反应，增强吸附效果。物理吸附：活性炭通过其高比表面积和多孔结构，物理吸附气体中的硫、氮化合物。这种吸附过程是可逆的，通常涉及范德华力或毛细管作用。化学吸附：活性炭表面的含氧、含氮官能团与硫、氮化合物发生化学反应，形成更稳定的化学键。这种吸附通常不可逆，涉及电子转移或共价键的形成。催化氧化：在某些情况下，活性炭还表现出催化氧化性能，将硫、氮化合物转化为更易于去除的形式。这一过程通常需要一定的温度和氧气浓度。为了提高活性炭的脱硫脱硝效率，研究者们对其进行了多种改性尝试，包括化学改性、物理改性和微波改性等。化学改性：通过化学处理改变活性炭的表面官能团，增强其对特定硫、氮化合物的吸附能力。例如，通过硝酸氧化处理可以增加活性炭表面的含氧官能团，从而提高其脱硫性能。物理改性：通过物理方法如蒸汽活化、高温热处理等改变活性炭的孔隙结构，增加其比表面积和吸附位点。微波改性：利用微波辐射改变活性炭的结构和表面性质，从而提高其脱硫脱硝性能。活性炭的特性及其脱硫脱硝机制的研究为其在环境保护和工业应用提供了重要的理论依据。通过对活性炭进行适当的改性和优化，可以进一步提高其脱硫脱硝效率，为解决环境问题提供一种有效的途径。3.活性炭的制备方法及其对脱硫脱硝性能的影响4.活性炭在脱硫脱硝中的应用案例活性炭在脱硫脱硝中的应用已经得到了广泛的实践和验证。本部分将通过几个具体的应用案例，展示活性炭在脱硫脱硝过程中的实际效果和应用价值。案例一：某燃煤电厂的烟气脱硫脱硝项目。该电厂采用了活性炭喷射技术，将活性炭直接喷入烟道，与烟气中的二氧化硫和氮氧化物进行反应。通过活性炭的吸附和催化作用，烟气中的污染物得到了有效去除，排放浓度大幅降低，达到了国家环保标准。案例二：某化工企业的废气处理项目。该企业生产过程中产生了大量含有二氧化硫和氮氧化物的废气。为了降低废气排放对环境的影响，企业引入了活性炭吸附装置。废气通过活性炭层时，其中的污染物被活性炭吸附，净化后的气体排放到大气中，有效保护了周边环境。案例三：某钢铁厂的烟气净化工程。钢铁厂在生产过程中会产生大量含有硫氧化物和氮氧化物的烟气。为了降低烟气中的污染物含量，该厂采用了活性炭联合脱硫脱硝技术。通过活性炭的吸附和催化作用，烟气中的硫氧化物和氮氧化物得到了有效去除，同时活性炭还可以回收再利用，实现了资源的循环利用。这些应用案例表明，活性炭在脱硫脱硝领域具有广阔的应用前景和重要的实用价值。随着活性炭制备技术的不断进步和应用研究的深入，活性炭在脱硫脱硝中的应用将会更加广泛和高效。5.活性炭脱硫脱硝技术的挑战与展望再生效率问题：活性炭在脱硫脱硝过程中会逐渐饱和，需要定期再生。再生过程的效率和成本是当前的主要挑战之一。硫和氮的深度去除：在某些工业过程中，需要达到非常低的硫氮排放标准，这对活性炭的性能提出了更高的要求。活性炭的选择与优化：选择合适的活性炭类型和优化其物理化学性质以适应特定的脱硫脱硝需求，是一个持续的挑战。新型活性炭材料的开发：研究新型活性炭材料，如改性活性炭或复合材料，以提高脱硫脱硝效率和稳定性。再生技术的创新：开发更高效、成本更低的活性炭再生技术，以降低整体运行成本。集成系统的应用：将活性炭脱硫脱硝技术与其他污染物控制技术（如SCR）集成，以提高整体的环境治理效果。对环境的影响：活性炭技术的进步对减少大气污染物排放具有重要意义，有助于改善空气质量。社会经济影响：高效、经济的活性炭脱硫脱硝技术有助于降低工业成本，促进可持续发展。政策支持：政府政策的支持对于活性炭脱硫脱硝技术的发展和应用至关重要。标准制定：建立和完善活性炭脱硫脱硝技术的相关标准，以指导行业健康发展。6.结论随着环境问题日益突出以及国家对空气质量标准的严格要求，脱硫脱硝用活性炭作为一项高效且环境友好的烟气净化技术，在近年来的研究与实践中取得了显著进展。通过综合分析各类文献资料与最新研究成果，可得出以下几点微波改性活性炭技术的成功研发与应用，显著提升了活性炭对烟气中SO2和NOx的吸附与转化效率，尤其是通过调整微波处理条件优化活性炭的孔隙结构与表面化学性质，使得其在复杂工况下的稳定性和再生性能得到明显改善。新型功能性活性炭材料的研发，如负载金属氧化物、酸性官能团改性活性炭等，不仅增强了其对硫、氮化合物的选择性和催化活性，而且拓宽了活性炭在低温条件下脱硫脱硝的可能性，降低了能耗，提高了资源利用率。再者，从工业化应用角度看，活性炭脱硫脱硝一体化工艺不断成熟，实现了在一套设备中同时高效去除多种有害气体，这对于火电、石化等行业的大气污染控制具有重要的实践意义和经济价值。尽管活性炭脱硫脱硝技术取得了一系列重要突破，但仍面临一些挑战，例如如何进一步提高活性炭的使用寿命、降低运行成本，以及开发更加环保、高效的活性炭再生技术等。未来的研究方向应当着重于探索更为先进的制备工艺、深入理解吸附与催化机理，并致力于构建更全面、系统化的脱硫脱硝理论体系，以期推动活性炭在大气污染防治领域的持续创新与发展。活性炭脱硫脱硝技术的研究与应用正处于快速发展的阶段，其前景广阔，有望成为解决工业烟气污染问题的关键技术之一。参考资料：随着工业化的快速发展，大量含硫、含硝废气的排放对环境造成了严重污染。为了降低这些废气对大气的影响，脱硫脱硝技术的研究和应用变得至关重要。活性炭作为一种具有高比表面积、丰富孔结构和良好化学稳定性的多孔材料，被广泛应用于脱硫脱硝领域。本文将重点介绍脱硫脱硝用活性炭的研究进展。活性炭的制备方法对其性能有着重要影响。目前，常用的制备方法包括物理法、化学法以及物理化学法。为了提高活性炭的脱硫脱硝性能，研究者们通过多种手段对活性炭进行改性，如酸处理、氧化处理、负载金属或金属氧化物等。这些改性方法能够有效提高活性炭的吸附性能和反应活性。活性炭在脱硫中的应用：活性炭在脱硫方面的应用主要涉及燃烧后脱硫和燃烧中脱硫。在燃烧后脱硫中，活性炭可吸附烟气中的硫氧化物，从而达到净化烟气的目的。研究者们通过优化活性炭的孔结构、比表面积和表面化学性质，提高其脱硫性能。活性炭还可用于燃烧中脱硫，如炉内喷洒活性炭吸附剂，能有效降低燃烧过程中二氧化硫的排放。活性炭在脱硝中的应用：活性炭在脱硝方面的应用主要涉及选择性催化还原（SCR）技术和选择性非催化还原（SNCR）技术。在SCR技术中，活性炭作为载体负载催化剂，如V2O5-WO3/TiO2等，可促进氮氧化物的还原反应。而在SNCR技术中，活性炭则作为反应介质，通过吸附还原剂实现氮氧化物的还原。活性炭作为一种重要的脱硫脱硝材料，在控制硫氧化物和氮氧化物排放方面具有广泛的应用前景。活性炭在实际应用中仍面临一些挑战，如吸附容量有限、再生困难等。为了更好地发挥活性炭在脱硫脱硝中的作用，未来研究应关注以下几个方面：1)深入探讨活性炭的吸附机制和反应机理；2)优化活性炭的制备工艺和改性方法；3)开展活性炭在实际烟气处理中的性能研究；4)探索新型脱硫脱硝技术，如光催化、电化学等，与活性炭相结合，以提高脱硫脱硝效率。通过不断的研究与改进，我们有望开发出性能更加优异的活性炭及其复合材料，为解决硫氧化物和氮氧化物污染问题提供更多有效手段。我们也应关注活性炭的环保生产和再生利用，以实现其可持续发展。随着工业化的快速发展，烟气中的硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）的排放已成为大气污染的主要来源。开发有效的脱硫脱硝技术已成为当前环境保护领域的重要任务。活性炭作为一种具有高度吸附性能的多孔炭材料，已被广泛用于各种气体的净化处理。本文旨在探讨活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中的试验研究。本研究采用循环流化床作为反应器，将活性炭添加到流化床中，对模拟烟气进行脱硫脱硝处理。对活性炭进行预处理，以提高其吸附性能。在不同条件下进行实验，以研究活性炭的脱硫脱硝性能。实验结果表明，活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中具有良好的应用效果。在适宜的条件下，活性炭能够有效去除烟气中的SOx和NOx，且具有良好的再生性能。活性炭的添加对循环流化床的运行特性影响较小，具有较好的适应性。本研究表明，活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中具有较好的应用前景。通过进一步优化活性炭的制备工艺和反应条件，有望实现活性炭在工业烟气净化中的广泛应用。同时，活性炭作为一种环境友好的吸附剂，为解决大气污染问题提供了一种新的解决方案。尽管活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中表现出良好的性能，但仍需进行更深入的研究以提高其实际应用效果。未来研究可从以下几个方面展开：进一步研究活性炭的改性方法，以提高其在高温、高湿等恶劣条件下的稳定性；开展中试试验和工业应用研究，以验证活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中的实际效果。通过以上研究，有望进一步推动活性炭在循环流化床烟气脱硫脱硝中的应用，为大气污染治理提供有力支持。也为活性炭在其他环保领域的应用拓展提供了有益参考。2011年11月，环保部网站发布了国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的新修订的《火电厂大气污染排放标准》，新标准于2012年1月1日起实施。这也是自2003年以来，环保部首次更新火电厂大气污染物排放标准。环保部副部长吴晓青表示，2009年全国氮氧化物排放总量为17万吨，电力行业氮氧化物排放量约占全国排放总量的49%，实施新标准后，到2015年，电力行业氮氧化物排放可减少580万吨；2009年全国二氧化硫排放总量为24万吨，电力行业二氧化硫排放量约占全国排放总量的4%，实施这一标准后，到2015年，电力行业二氧化硫排放可减少618万吨。这意味着火电脱硝迎来历史性发展机遇。2012年冬季，京津苏粤等地雾霾天数明显增多，人们对雾霾的关注度大幅提高，在2013年两会上，环保成为两会重点议题，治理城市大气污染等建议被国务院采纳。2013年1月，国家发改委发布《关于扩大脱硝电价政策试点范围有关问题的通知》。通知规定，自2013年1月1日起，将脱硝电价试点范围由现行14个省（自治区、直辖市）的部分燃煤发电机组，扩大为全国所有燃煤发电机组。脱硝电价标准为每千瓦时8厘钱。发电企业执行脱硝电价后所增加的脱硝资金暂由电网企业垫付，今后择机在销售电价中予以解决。自2013年1月1日起，将脱硝电价试点范围由现行14个省（自治区、直辖市）的部分燃煤发电机组，扩大为全国所有燃煤发电机组。燃煤发电机组安装脱硝设施、具备在线监测功能且运行正常的，持国家或省级环保部门出具的脱硝设施验收合格文件，报省级价格主管部门审核后，执行脱硝电价。脱硝电价标准为每千瓦时8厘钱。发电企业执行脱硝电价后，电网企业增加的购电资金暂由其垫付，今后择机在销售电价中予以解决。各省、自治区、直辖市价格主管部门要及时对已安装脱硝设施的燃煤机组执行脱硝电价，调动发电企业脱硝积极性；会同有关部门加强对发电企业脱硝设施运行情况的监管，督促发电企业提高脱硝效率。同时，要注意总结脱硝电价政策实施情况，妥善处理出现的问题，并及时向我委报告。高效的可以同时脱硫脱硝的新技术、新设备是国内外烟气净化技术研究的总趋势。许多国家和地区都开展了火力发电厂的烟气同时脱硫脱硝技术的研发工作，有的还进行了工业应用。由于种种原因，我国还停留在脱硫阶段，但同时脱硫脱硝势在必行。随着我国经济的快速发展，电力需求不断增大，排放也不断增长。由煤炭燃烧所释放的占总排放量的85%，占总排放量的60%，二者所引起的酸雨量占总酸雨量的82%。据有关研究指出，我国每年排放造成的经济损失约亿万元，每年我国和酸雨污染造成的经济损失约5000亿元。在燃煤发电过程中,会产生一氧化二氮、一氧化氮等多种氮氧化物，是形成雾霾天气的重要因素。为了净化空气质量，中石化胜利发电厂2012年进行脱硫脱硝改造，从掺烧烟煤、煤炭结构调整源头上促进减排，2014年氮氧化物平均净烟外排浓度为85毫克/立方米,低于国家环保部要求的400毫克/立方米排放标准，均低于欧盟200毫克/立方米、美国135毫克/立方米排放标准。全年减排氮氧化物2万吨，相当于60多万辆机动车1年尾气排放量的总和。电子束脱硫脱硝工艺开发于20世纪70年代的日本，后在美国和德国也有研究，经过多年的研究开发，已从小试、中试和工业示范逐步走向工业化。该法系统简单，操作方便，对于煤种和烟气量的变化有较好的适应性，可达到90%以上的脱硫效率和80%以上的脱硝效率。电子束辐射技术脱硫脱硝的工艺流程是燃煤锅炉排出的烟气经除尘后，进入冷却塔，在塔中由喷雾水冷却到65~70℃，在烟气进入反应器之前，注入接近化学计量比的氨气，然后在反应器中接受高能电子束照射，使烟气中的NO2和水蒸气等发生辐射反应，生成大量的自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，它们将烟气中的SO2和NO氧化为SO3和NO2，这些高价的硫氧化物和氮氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸，这些酸再与事先注入反应器的氨反应，生成硫铵和硝铵，净化后的烟气经烟囱排放。1995年中日合作成都电厂示范项目在成都热电厂实验，处理烟气量3×105m3/h，设计脱硫率80%，脱硝率10%。波兰Pomorzany电厂电子束装置已安装成功，预期可达到90%脱硫率，脱硝率为80%。已建成投运的杭州热电厂项目工程设计脱硫率85%，脱硝率55%。中国工程物理研究院恒泰环境技术公司承担的北京京丰热电公司60×104m3/h烟气量电子束治理工程脱硫率大于70%，脱硝率大于20%。近十几年来不断有关于脉冲电晕放电脱硫脱硝的研究报告。脉冲电晕等离子体技术是在电子束法的基础上发展起来的。由于等离子体化学过程在增强氧化能力、促进分子离解以及加速化学反应等方面具有很高的效率，因而成了20世纪90年代研究的热点。脉冲电晕法就是将高压脉冲电源加到放电电极(电晕极)上，电晕极对接地极发生脉冲电晕放电，使迁移率高的电子在自由程中受到突发强电场的加速而获得足够的能量。利用前沿陡峭、窄脉宽(纳秒级)的高压脉冲电晕放电，使容器中烟气分子突然获得“爆炸”式的巨大能量，从而在常温下获得非平衡等离子体，即产生大量的高能电子和O、OH等活性自由基，对工业废气中的气体分子进行氧化、降解等反应，使污染物转化；再向其中注入NH3气体，除与之产生硫铵、硝铵及其复盐的微粒外，氨与脉冲电晕的协同效应还能显著地提高SO2脱除率。该方法具有显著的脱硫脱硝效果，去除率均可达到80%以上，除尘效果优于直流电晕方式的传统静电除尘技术。它只提高电子温度，而不提高离子温度，能量效率比EBA方法高。设备简单，省去了电子加速器，避免了电子枪寿命和射线屏蔽问题，降低了一次造价和运行成本。但脉冲电晕技术存在以下问题：A、实验研究不充分。脉冲电晕放电和添加剂对脱除SO2和NOx的作用相对大小不清楚；实际烟气中存在的过饱和水蒸气和大量的CO2对脱除效率的影响没有进行研究；脉冲电晕脱硫脱硝和除尘之间的相互影响仍然没有研究清楚；脱除过程中可能产生一些不利物质如N2O、CONCO和CO3等，确定这些物质的产生及其浓度的测定尚有待研究。B、由于脱除过程非常复杂，因此对于SO2和NOx脱除的化学反应动力学的研究不够深入，如自由基的种类，添加剂、飞灰、水蒸气和CO2存在时的脱除反应过程以及烟气成分对自由基产生率的影响等等都有待于进一步研究。我国已在绵阳建成了世界上规模最大(烟气处理量2×104m3/h)的工业中试装置，运行结果达到了设计要求，SO2的脱除率大于85%，脱硝率为70%。这类技术利用固体吸附剂来吸附废气中的SO2和NOx，然后在不同的条件下把SO2和NOx分别脱附出来再进行转化。可用的吸附剂很多，如活性炭、活性氧化铝