活性碳纤维负载型脱硫剂在矿井气体环境条件下的应用

H₂S作为煤炭开采过程中经常会出现的气体,对煤矿的生产安全造成不利影响,必须进行脱除工作。然而煤矿中还可能存在其他组分的气体,这些气体可能会一定程度上影响H₂S的脱除。本文选取活性碳纤维分别负载氢氧化钠及氧化铜,并选取两种材料的最佳负载量。之后,模拟煤矿实际条件,探讨复合脱硫剂在实际矿井气氛条件下的脱硫性能。结果表明,煤体在受热情况下会产生的多组分混合性气体,这些气体会对脱硫剂性能产生极大的影响,当煤体温度升高,其产生的CO、CO₂等气体呈指数增大,并且会产生少量的CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂等气体,随着这些气体生成量增大,脱硫剂脱硫性能开始下降。且在矿井气体氛条件下SO₂气体的产生受到了抑制,特别在煤气组分含量大的情况下,SO₂气体甚至晚于H₂S气体出现。此外通过测量脱硫剂失活后的表面pH,发现即便在一些气体氛围下脱硫剂的脱硫时间更短,其脱硫后产物的表面pH极为相近,说明煤体产生的酸性气体CO以及CO₂等可能也被吸附到脱硫剂的表面上生成酸性物质。     

多种碳材料与碳酸钠复合后脱硫性能对比

碳材料本身对于H₂S的净化效果有限,通过将活性催化剂负载到活性炭上可以弥补碳材料脱除H₂S气体能力的不足。本文选用三种具有典型孔隙结构的碳材料：微孔活性碳纤维、中孔活性炭以及孔隙更大的单壁碳纳米管,等体积浸渍不同浓度的碳酸钠溶液制作负载活性材料的脱硫剂,应用固定床反应实验评价不同负载量下制得脱硫剂的脱硫性能,并对材料进行表征测试。经过对比,具有发达微孔结构的活性碳纤维材料整体上具有最佳的脱硫性能,且活性物质的负载量并不是越大越好。实验条件下,在出口逐渐检测到SO₂以及H₂S两种气体,其中SO₂气体出现较早。测定各类碳材料负载以及脱硫前后的表面pH,发现负载Na₂CO₃后材料表面pH得到大幅度提升,而脱硫后的材料表面pH均有不同程度的下降。