废茶活性炭的制备及其对于SO2、NO吸附性能的应用研究
燃煤烟气中的SO2和NO是造成酸雨的主要污染物,因此对其排放的控制显得尤为重要。活性炭因其较大的比表面积和特定的吸附性能,已被应用于烟气脱硫脱硝。但是常规活性炭的原料以及活性炭的改性又带来了成本和二次环境污染等问题。废茶作为一种廉价的生物废弃物,本身具有较高的碳含量并携带一定的碱性基团,将其制备成活性炭并应用于酸性气体的脱除具有一定的研究意义。本研究主要以福建铁观音废茶为原料制备废茶活性炭,在其制备过程中直接对其孔径结构及表面结构进行调控,并考察了自制废茶活性炭的脱硫脱硝性能与机理。 通过水蒸气物理活化法及K2CO3、ZnCl2化学活化法制备废茶活性炭,并考察了其结构性质与吸附性能。结果表明,所制备的废茶活性炭孔径均以微孔为主,且 K2CO3和 ZnCl2活化制备的材料孔径结构更为发达,亚甲基蓝吸附值及碘值可分别达440.53mg/g、1235.62mg/g。采用K2CO3和ZnCl2活化法对废茶活性炭进行孔径结构调控。结果表明,以ZnCl2作为活化剂,在活化温度为350℃时产生中孔结构,在500℃时中孔容量达0.55 cm3/g,继续升高温度为700℃后,中孔容量减小到0.06 cm3/g;以K2CO3为活化剂,当活化温度升至800℃后开始中孔结构出现;以ZnCl2为活化剂,活化时间由0.5 h延长至1.5 h,微孔径相应地由0.83 nm逐渐增大至0.87 nm,活化时间达2 h后,活性炭结构得到重排,中孔容量降低而微孔容量升高;以K2CO3为活化剂,活化时间达2.5 h后开始中孔结构;当浸渍比为1:1时,由K2CO3和ZnCl2活化制备的材料拥有最大的微孔容量,分别达48 cm3/g、60 cm3/g。 将自制废茶活性炭用于烟气脱硫脱硝性能的研究,并探讨其吸附机理及动力学。结果表明,废茶活性炭单独脱硫时,较低的石墨化度、较窄的平均微孔径以及含量较高的碱性含氮官能团更有利于 SO2的脱除;材料单独脱硝时,中孔结构不利于NO的脱除,含氮碱性官能团对材料的脱硝有一定的促进作用,而含氧官能团的影响较小;材料同时脱除SO2和NO时,NO抑制了脱硫作用,烟气中O2和H2O的加入能够有效提高材料的脱硫脱硝性能;结合红外光谱与再生材料的氮气吸附等温线可以判断,在烟气中不存在H2O的情况下材料对SO2和NO的脱除作用均以物理吸附为主,且再生材料的脱硫脱硝性能基本保持不变,水蒸气的加入促进了 SO2的化学吸附,并加速了材料的老化;通过动力学模型的拟合发现,废茶活性炭对SO2和NO的吸附速率受表面反应及粒子内扩散等多方面的影响,班厄姆吸附速率模型能够很好地描述材料脱硫脱硝的动力学过程, R2不低于0.989。 废茶活性炭经前期和后期改性处理后平均微孔径几乎保持不变,KOH的改性均引入了仲胺类含氮官能团,NH3的改性处理均在材料表面引入了仲酰胺类含氮官能团;经KOH、NH3后期改性的材料脱硫的穿透时间由30 min延长至40 min以上,而脱硝作用未见明显改善;KOH、NH3前期改性材料的脱硫穿透时间分别提高到60 min、38 min,且吸附初期的脱硝效率也有一定的提高,其中KOH前期改性材料在10 min内对于NO脱除效率由40％提高至60%以上;醋酸前期改性引入了含氧官能团,削弱了材料表面的碱性强度,脱硫脱硝效率反而有所降低。
废茶活性炭;二氧化硫;一氧化氮;吸附性能;制备工艺
华侨大学
硕士
环境科学与工程
宋磊
2014
中文
TQ424.19;X701.2
91
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）