新型生物质活性炭催化剂催化氧化硫酸尾气二氧化硫及资源化工艺研究

炭法催化氧化硫酸尾气SO2制酸资源化工艺具有过程简单、高效和资源综合利用等优点而具有广阔的应用前景，脱硫催化剂成本高、活性组分稀酸洗涤易流失是该工艺工业化的难题。本项目提出以农林废物果壳为原料，低成本的富含具有造孔作用和催化作用的过渡金属矿物材料为添加剂，共混制备新型生物质活性炭催化剂的新思路，通过研究MnO2、Fe2O3、NiO、CoO、TiO2、CuO、V2O5和软锰矿与核桃壳共混制备活性炭催化剂的表面特性和催化氧化SO2能力，分析不同过渡金属对活性炭催化剂的成孔特性和催化脱硫作用，弄清软锰矿添加剂中不同过渡金属对催化剂孔隙结构和催化脱硫的影响机制和协同效应，确立天然矿物材料对新型活性炭催化剂脱硫能力的优化调控机制。进行新型脱硫催化剂固定床主要操作条件（温度、水蒸气和氧、空塔气速、床层高度等）对催化脱硫的影响研究，优化过程操作条件,为硫酸尾气的深度脱硫制酸资源化新工艺中试提供技术参数。

针对硫酸尾气炭法净化制酸工艺中脱硫催化剂成本高、活性组分稀酸洗涤易流失的难题，提出了以核桃壳为原料、低成本的软锰矿粉为添加剂，共混制备新型生物质活性炭催化剂的新思路，系统研究了制备工艺、催化脱硫性能及机理和脱硫工艺参数,全面完成了项目的研究内容，取得了预期的成果。. 通过不同制备工艺对活性炭的脱硫能力、机械强度、抗磨损性和流体阻力的影响研究，得到最佳制备工艺参数：核桃壳炭化温度500℃，炭化时间1h；成型工艺参数：1%的羧甲基纤维素钠（CMC）溶液10%，高温煤焦油50%，成型压力4Mpa；CO2法活化工艺条件：CO2气体流量1000mL/min、活化温度850℃、活化时间2h。MnO2、Fe2O3、Ni2O3、V2O5、Co2O3、CuO、TiO2等七种单金属氧化物共混负载活性炭的最佳负载比分别为10%、2%、2%、2%、5%、2%、2%，脱硫容量可分别达到168.4mg/g、143.5mg/g、150.3mg/g、179.5mg/g、160.5mg/g、175.0mg/g、228.62 mg/g，改善脱硫性能的机理包括以中孔为主的孔隙结构、官能团以碱性官能团为主和金属的催化作用。在最佳制备条件下，不同软锰矿负载活性炭与未负载的活性炭相比，脱硫容量可提高4%-85.8%，最高硫容可达243mg/g。在软锰矿/活性炭脱硫时，物理吸附SO2容量较低，主要依靠过渡金属的催化作用来实现，而氧气和水蒸气在整个脱硫过程中起着关键作用，脱硫机理包括较大的比表面积和孔容、以碱性官能团为主的官能团结构、软锰矿中铁锰离子通过价态变化实现循环催化和协同催化作用等。以钛精矿粉为添加剂和核桃壳炭化料共混制备的新型柱状活性炭在负载比为2%时，硫容取得最大值210.95mg/g，较未负载活性炭增加57.1 %，显示与软锰矿/活性炭具有相似的脱硫机理，从而为过渡金属矿物材料添加剂与含碳原料共混制备低成本、高活性、稳定性好的脱硫催化剂提供了理论依据。软锰矿/活性炭的脱硫活性与软锰矿种类和负载量有关，在选择软锰矿添加剂时，Mn、Fe含量应尽可能高；软锰矿的负载比例应以2%-5%为宜，一般不超过10%。新型活性炭催化脱硫工艺优化操作参数为：空速600h-1-800h-1，床层温度80℃，氧气浓度10%，水蒸气10%-12%，该结果为新型生物质活性炭催化剂应用于硫酸尾气净化提供了科学依据。