1 活性炭脫硫脫硝機(jī)理 

1. 1 活性炭脫硫機(jī)理 

活性炭表面吸附 SO2 時,其孔隙結(jié)構(gòu)中的微孔結(jié)構(gòu)往往起著至關(guān)重要的作用。 活性炭表面結(jié)構(gòu)錯綜復(fù) 雜,形態(tài)不一,尺寸大小各不相同,而 SO2 在活性炭上被吸附時首先就是接觸活性炭表面,因而活性炭豐富的 孔結(jié)構(gòu)為 SO2 提供了足夠的接觸空間,有利于活性炭吸附 SO2  。 活性炭的脫硫機(jī)理為表面活性位點(diǎn)先對 SO2 進(jìn)行物理吸附,吸附態(tài) SO2 再與 H2O 和 O2 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),最終生成 H2 SO4 。 

反應(yīng)步驟如式(1) ~ 式(5): 

 SO2 (g) + AC→SO2 (a) (1) 

O2 (g) + AC→O2 (a) (2) 

H2O(g) + AC→H2O(a) (3) 

2SO2 (a) + O2 (a) + 2H2O(a)→2H2 SO4 (a) (4)

H2 SO4 (a) + nH2O(a)→H2 SO4·nH2O(a) (5) 

式中:a 是吸附態(tài);g 是氣相;AC 表示表面活性位。 

1. 2 活性炭脫硝機(jī)理 活性炭用于脫除 NOx 的機(jī)理為 NO 先吸附在活性炭表面,然后在 O2 的作用下氧化生成 NO2 。 同時,活 性炭作為催化劑亦可大大降低 NH3 與 NOx 反應(yīng)的活化能,從而有效提高脫硝率 。 但活性炭以氧化反應(yīng) 還是還原反應(yīng)脫除氮氧化物目前尚未形成統(tǒng)一定論。 主流觀點(diǎn)之一是活性炭表面具有活性位,NO 和 O2 均被吸附于活性位,吸附態(tài)的 NO 被 O2 氧化生成吸 附態(tài)的 NO2  ,即脫硝符合 Langmuir-Hinshelwood(L-H)反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)方程如式(6) ~ 式(8): 

NO + C→C—NO (6) 

O2 + 2C→2C—O (7)

C—NO + C—O→C—NO2 + C (8) 

主流觀點(diǎn)之二認(rèn)為 NO(或 O2 )被吸附于活性炭表面(如 Lewis 或 Bronsted 酸性位),然后吸附態(tài) NO(或 O2 )與氣態(tài)的 O2 (或 NO)反應(yīng)生成 C—NO2 [16] ,即 Eley-Rideal(E-R)反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)過程為式(9)和式(10):

 NO + C→C—NO (9) 

2C—NO + O2→2C—NO2 (10)

以上兩種觀點(diǎn)認(rèn)為氣態(tài)的 NO 被氧化成為 NO2 后被吸附于活性炭表面及孔隙內(nèi)。

主流觀點(diǎn)三認(rèn)為 NO 的吸附可分為兩個獨(dú)立過程。 一是可逆過程,即在活性炭表面生成 NO 二聚物形 式,如式(11)和式(12): 

2NO(g)?(NO)2 (a) (11) 

(NO)2 + 2C?2C(NO) (12) 

二是不可逆過程,即 NO 被活性炭轉(zhuǎn)化為 N2 及 C(O)、C(O2 )形式[17] ,如式(13)和式(14): 

2C + (NO)2→2C(O) + N2 (13) 

2C + (NO)2→C(O2 ) + N2 (14) 

活性炭豐富的孔隙結(jié)構(gòu)對其吸附性有重要影響,尤其是微孔結(jié)構(gòu),擁有巨大的比表面積,呈現(xiàn)出極強(qiáng)的 吸附作用。 然而,活性炭吸附特性不僅取決于它的孔隙結(jié)構(gòu),還取決于其表面化學(xué)性質(zhì)。 表面化學(xué)性質(zhì)在更 大程度上決定了活性炭的化學(xué)吸附。 活性炭化學(xué)性質(zhì)主要由表面官能團(tuán)種類與數(shù)量、表面雜原子與化合 物確定,不同的表面官能團(tuán)、雜原子和化合物使其對不同吸附質(zhì)的吸附性有明顯差別。 結(jié)合上述活性炭脫硫 脫硝機(jī)理可看出,對活性炭進(jìn)行改性,應(yīng)優(yōu)化其孔徑分布,盡可能使活性炭具有更高微孔率及更大比表面積。 同時改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì),改變表面酸堿性或增加表面含氧及含氮基團(tuán),使活性炭對 SO2 、NOx 吸附具 有更高選擇性。