预处理活性炭表面性质对烧结烟气多污染物脱除的影响机理研究

烧结工序是钢铁工业的主要污染源，在烟道中喷入活性炭可以脱除烧结烟气中多种污染物（SO2/NOx/二噁英）。污染物的脱除效率和活性炭表面性质有很大关系，预处理可以改变活性炭的孔径分布和表面官能团等。本项目以前期开展的焦炭脱除二噁英研究为基础，针对烧结烟气排放量大、多污染物的分子体积/偶极矩/浓度显著不同的特点，以活性炭为研究对象，通过预处理（加热法、化学法、电化学法），调质活性炭表面物理/化学特性，增强活性炭对二噁英的吸附选择性，提高对多污染物的吸附容量和吸附速率，增强对烟气气氛的适应性。本研究拟采用固定床-红外光谱仪联用实验台，在烧结烟气条件下评价预处理对活性炭表面性质和吸附活性的影响。借助于拉曼光谱、X-射线衍射分析、透射电子显微镜等方法获得活性炭表面结构特征参数，研究多污染物间相互作用机理，为活性炭预处理、高效吸附剂制备和多污染物脱除工艺提供理论指导。

由于烧结烟气组分复杂，对活性炭的选择性吸附提出了更高的要求。本课题围绕活性炭多污染物协同脱除过程中吸附剂、吸附质的变化，探讨了NO、SO2和氯苯在活性炭上的选择性吸附行为，指出了实际工业活性炭喷吹点位置的选择依据，并系统的采用了程序升温的研究方法阐明了污染物气体与活性炭之间的吸附作用机制。.(1).选取了不同种类的活性炭，分别考察了活性炭性质对SO2、NO和氯苯在活性炭上吸附行为的影响，得到最适宜脱除各种污染物的活性炭的性质，为实际工业应用中活性炭的选择及改性提供了理论依据。.(2).采用TPD-MS的方法分别测定了SO2、NO和氯苯在活性炭上吸附产物的脱附结合能，并通过结合能大小的比较，考察了吸附质气体与活性炭的结合强弱关系。通过氯苯的吸脱附实验研究发现氯苯在活性炭上的吸附产物包括两种，分别为物理吸附态和弱化学吸附态的氯苯，实验验证了弱化学吸附态的氯苯与活性炭表面的结合位点，并对氯苯与活性炭表面的吸附机制进行分析。.(3).测定了苯环上取代基种类和氯取代基数量对有机气体在活性炭上的吸附的影响，发现苯环上氯取代基的增多有利于气体在活性炭上的吸附，且随氯取代基增加，气体与活性炭表面的结合强度增强。通过对有机气体性质参数与活性炭上的吸附特性进行关联，推测得到了二恶英类分子在活性炭上的吸附量在600 mg/g左右，较常规有机气体而言更容易被活性炭捕集。.(4).考察了混合气氛对SO2、NO和氯苯在活性炭上吸附的影响，并分析了组分间的相互作用机制，为实际工业应用中活性炭喷吹点的位置选择提供了理论依据。实验发现NO和SO2之间既存在竞争吸附又存在协同作用，两者在活性炭上的化学吸附位点一致，当SO2/NO摩尔比大于5时，NO受SO2的抑制几乎不再被活性炭吸附，而适合同时脱除SO2和NO的浓度比在SO2/NO=1.7左右，我国燃煤烟气中实际SO2/NO在0.57-3.82区间，适合活性炭同时脱硫脱硝。