SO_2在活性炭上的吸附平衡、动力学及热力学研究

为深入研究SO2在活性炭上的吸附过程,基于固定床反应器研究了某商业活性炭对烟气中SO2的吸附性能,考察了SO2体积分数、吸附温度对活性炭吸附SO2的影响,分析了SO2在活性炭表面的吸附平衡、吸附动力学和热力学特性。结果表明,随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量增加;随着吸附温度的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量降低。活性炭对SO2的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温线模型;SO2在活性炭上的动态吸附过程符合Bangham吸附动力学模型。吸附热力学研究表明,吸附过程中焓变为-19.21 kJ/mol,吸附自由能变为-10.17~-9.29 kJ/mol,吸附熵变为-27.69~-27.17 J/(mol·K),该吸附过程是一个自发、放热、熵降低过程,升温不利于SO2在活性炭上的吸附。     

活性炭脱除SO2吸附动力学模型及数值模拟

由于内扩散阻力的影响,对于粒径在3 mm及以上的活性炭颗粒脱除SO2,采用以气膜控速为基础的LDF模型存在很大的误差。建立了适合3 mm以上活性炭颗粒脱除SO2的气固床传质模型,考察了活性炭吸附不同SO2浓度时几种吸附动力学模型的相关性系数,讨论了影响活性炭颗粒吸附SO2的控制步骤;以固相扩散模型为基础,研究了单颗粒下不同吸附动力学模型为基础的吸附速率方程吸附速率与吸附量之间的关系;以Vermeulen模型作为粒内推动力模型,建立了穿透曲线模型并与实验值进行了比较。研究表明,活性炭吸附SO2主要为内扩散控制,可以使用Boyd模型进行描述;以Boyd模型为基础的Vermeulen模型能够很好地预测活性炭颗粒吸附速率与吸附量之间的关系;以Vermeulen模型为推动力建立的穿透曲线模型可以精确地预测3 mm及以上活性炭颗粒在不同SO2浓度和不同空塔线速度下的出口浓度。     

湿氧化和热处理对煤基活性炭吸附SO2的影响

HNO3和(NH4)2S2O8氧化改性煤基活性炭,通过热重分析确定最佳热处理温度,考察孔隙和表面含氧基团种类及不同温度热分解产生活性位对SO2吸附性能的影响。研究表明,氧化处理对SO2吸附影响不大,虽然氧化生成表面含氧基团增加了活性炭的表面极性,但活性炭表面酸性基团的增加不利于SO2吸附,而氧化样品在950℃高温处理后对SO2的吸附增加显著,且HNO3氧化样品热处理后吸附能力大于(NH4)2S2O8氧化和原样品的热处理后的吸附能力。由关联合氧基团的类型及热处理温度可发现,因HNO3氧化比(NH4)2S2O8氧化生成了较多的酚羟基,其热分解留下的活性位增强了对SO2的吸附,但这些活性位并没有因吸附SO2而消耗掉,样品解析后对SO的可逆吸附量达98％以上。     

粉状活性炭流化床吸附SO2的实验研究及吸附动力学分析

对粉状活性炭在循环流化床内的脱硫特性进行了实验研究,结果表明：活性炭表面化学特性对脱硫性能具有重要影响;C/S摩尔比是影响脱硫率的重要参数,随着C/S摩尔比的增加,脱硫率迅速增加,但其吸附速率迅速下降;粉状活性炭具有较高的吸附速率,但随着吸附时间的延长,活性炭的吸附容量和吸附速率迅速衰减,12 s后基本不再具备吸附能力;采用Bangham模型进行拟合,得到的模拟值和实验值吻合良好。     

亚甲基兰在活性炭上的吸附动力学的研究

ЕЛОВНЧ曾提出固体催化剂在全相反应中发生吸附作用的动力学方程——ЕЛОВНЧ吸时动力学方程式(dq/dt ae~(?))。本研究工作主要目的是研究活性炭甲基兰溶液中的吸附速度是否符合ЕЛОВНЧ吸附动力学方程。即由此可以验证ЕЛОВНЧ方程对液相吸附是否适用。在     

CH4/N2在椰壳活性炭上吸附平衡和动力学扩散机制

为了明晰煤层气中CH₄和N₂在吸附剂上的平衡吸附、热力学和动力学扩散机制,以实验室制备椰壳活性炭为吸附剂,基于体积法测量了298～338 K,0～0.1 MPa下CH₄/N₂在制备活性炭上的吸附等温线,采用经典Langmuir和Sips模型拟合平衡吸附数据获得模型参数、热力学参数以及平均相对偏差。基于重量法分别测量了298 K,0～1.0 MPa下单组份和不同配比的CH₄-N₂二元组分的吸附等温线,评价了其分离性能和竞争吸附机制。采用电子天平测量了动态吸附速率曲线,利用W-M内扩散模型、Lagergren准一阶动力学模型和Makay二阶动力学模型对动态吸附数据拟合,从动力学的角度研究温度和压力对甲烷和氮气吸附的影响机制,探讨甲烷和氮气在活性炭吸附过程中的扩散控制步骤。研究结果表明:Langmuir和Sips模型对甲烷和氮气在活性炭上的平衡吸附结果均匹配性良好。相较而言,Sips模型考虑了活性炭表面非均一性,拟合效果更佳;通过计算吸附热发现CH_4<...     

活性炭表面改性及其对CO_2吸附性能的影响

采用浸渍法对活性炭进行表面改性,研究改性活性炭对CO_2的吸附性能。考察了改性剂硝酸铵用量、改性温度和时间以及改性后活性炭干燥时间对改性活性炭吸附CO_2性能的影响。结果表明,改性处理的活性炭对CO_2的吸附容量比未经过改性的大,当改性剂硝酸铵溶液与活性炭质量比为2∶1、改性温度80℃、改性时间2 h和改性后活性炭干燥时间为6 h时,改性活性炭对CO_2的饱和吸附量最大,可达到5.113 mmol/g。与未改性活性炭对CO_2的饱和吸附量(0.920 mmol/g)相比提高了5.6倍。     

粉末活性炭低温吸附氧化NO动力学研究

基于间歇式流化床反应系统研究流态化粉末活性炭低温吸附氧化NO的动力学。结果表明：O2存在时,活性炭作为吸附剂和催化剂,将NO氧化成NO2,达到稳定的NO转化率,粉末活性炭的性能优于颗粒活性炭的性能;稳定阶段NO的转化率随O2浓度、NO浓度的增加而增大,NO的氧化速率对O2的表观反应级数从0.9变化到0.2,对NO的表观反应级数为1.3;粉末活性炭低温吸附氧化NO过程包括NO二聚体(NO)2的生成和NO2的歧化反应。     

针对SO_2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控

以神华褐煤为原料,ZnCl_2为活化剂,采用化学活化法制备煤基活性炭,并通过NaOH溶液改性调控活性炭表面的化学官能团,进行烟气中SO_2吸附的研究。利用扫描电镜观察活性炭的表观形貌,利用低温N_2吸附法表征活性炭的比表面积及孔隙结构,利用红外光谱和Boehm滴定法考察活性炭的表面化学官能团。基于响应曲面法(RSM),对煤基活性炭的制备工艺参数进行了详细探究,建立了炭化温度、炭化时间、升温速率对活性炭比表面积的预测模型。通过响应曲面法得到/min,炭化时间3 h。得g。考察NaOH溶液浓度对煤基活性炭的孔隙结构、表面化学官能团及SO_2吸附量的影响机制。结果表明,NaOH改性后活性炭的表面更加凹凸不平,孔结构被剧烈破坏,活性炭的孔径主要分布在0. 5～0. 6,0. 7～0. 9和1. 0～4. 0 nm范围。在20%NaOH浓度改性时,活性炭具有最高的比表面积(681 m~2积(292 m~2比表面积和孔容下降。随着NaOH浓度的增加,活性炭表面的羧基、羟基等酸性基团的含量下降,而羰基等碱性基团的含量则明显增加。30%NaOH浓度处理样品的碱性基团含量最高,可达到g。进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO_2吸附量的相关性进行分析,发现SO_2吸附量与微孔比表面积和碱性官能团含量都呈现正线性相关关系,且碱性官能团含量的相关性高于微孔比表面积。因此,表面碱性官能团和微孔结构有利于SO_2在活性炭表面的吸附。     

微波辐照再生载硫活性炭的机理及其动力学

在微波再生试验台上进行化学吸附SO2后活性炭的再生实验,通过再生产物的分析揭示再生机理并进行动力学分析。结果表明：微波场中活性炭升温速率快,而且终温较为稳定;载硫活性炭微波再生出口气体成分有SO2,CO2,CO等气体,再生反应的本质是H2SO4与C的反应;再生气体中SO2峰值出现之前,主要发生再生反应,峰值之后,再生气体中部分CO2和CO来源于吸附过程中形成的活性炭表面含氧官能团的分解。再生反应的主区域内反应级数为1.55级,与微波功率无关;随着微波功率的增加,反应速率常数逐渐增加。由Arrhenius方程得出再生反应的表观活化能Ea为46.0 kJ/mol,指前因子为7.357 s -1。     

化学性质对活性炭脱硫的影响

运用工业与元素分析、能谱分析（EDS）及CO/CO2程序升温脱附(CO/CO2-TPD)等多种表征手段,结合SO2的吸附脱附测试,研究化学性质对活性炭脱硫的影响。从CO,CO2的析出曲线可以发现,对于生物质原料（椰壳）制成的活性炭,表面形成的含氧官能团以羧酸、酚、羰基、醌为主;对于煤质活性炭,表面含氧官能团以内酯、酚、羰基、醌为主。这些官能团对SO2吸附的影响各不相同,炭表面分解产物为CO2的官能团（羧酸、内酯）对SO2吸附量的增加有抑制作用,而分解产物为CO的官能团（酚、羰基、醌）的作用并不明显。脱附实验结果表明,活性炭吸附的SO2很难完全脱附,SO2的残留量与样品的灰分含量有关,灰分中的成分会与SO2发生相互作用,导致部分SO2在脱附时无法析出而残留在活性炭中。     

含氧煤层气在碳分子筛上的吸附动力学

为探究基于动力学分离效应的碳分子筛对含氧煤层气的吸附分离特性,对煤层气中CH4,N2,O2三种气体在两种商业碳分子筛（CMS-1,CMS-2）上的吸附动力学和平衡吸附特性开展了研究。结果表明：这两种碳分子筛对CH4的平衡吸附量均大于N2和O2,为甲烷选择性吸附剂;通过扩散模型的模拟和分析指出,采用分段微孔扩散模型能够很好地预测3种气体在碳分子筛上的动态吸附过程; CH4,N2,O2三种气体分别在Fc为0.5,0.6,0.7之前呈现较快的扩散速率,随后扩散速率明显变慢。CMS-1,CMS-2两种碳分子筛均存在动力学吸附特性和平衡分离特性相互抑制的现象,N2,O2与CH4的综合分离因子分别为5.84,18.75,4.20,16.82,表明这两种碳分子筛均具有较好的煤层气的脱氧浓缩性能。     

离子液体改性活性炭的CO2吸附和扩散性能

采用浸渍法将活性炭用1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([Bmim][TFSI])进行改性处理,制得一系列活性炭负载离子液体,并对其进行了FTIR,TG和SEM表征。研究了浸渍液浓度和浸渍时间对样品孔径分布、CO2吸附量、CO2/N2选择性和抗水性能的影响,并分析了CO2在活性炭负载离子液体内的吸附扩散行为。结果表明：浸渍时间是影响样品CO2吸附性能的关键因素,当离子液体浓度为0.24 mol/L浸渍3 h时,样品能较好地保持活性炭发达的孔道特征,在0.1 MPa和298 K时的CO2吸附量达8.65%;与空白活性炭相比,[Bmim][TFSI]改性处理能显著提高CO2/N2的选择性和抗水性;负载离子液体具有较快的CO2扩散速率,其扩散系数比纯离子液体高2个数量级。     

CH4，N2，CO2在椰壳活性炭内的吸附平衡及扩散

使用高精密质量吸附仪IGA-100B对可用的吸附剂进行吸附分离实验。选取椰壳活性炭K01,测定了CH₄、N₂、CO₂在其上于298、308、323 K温度下的吸附等温线和吸附动力学曲线,由此分析了3种气体的吸附性能、热力学及动力学扩散性质,从而得到不同温度下CH₄、N₂、CO₂之间的平衡分离系数（α）和扩散系数（D）之比。结果表明,椰壳活性炭K01可以实现不同温度下CH₄/N₂、CO₂/N2的平衡分离;两种气体的动力学分离与压力和温度有关,在298 K压力较低时,可能实现N₂与CH₄的动力学分离;而在298 K和323 K时,在较宽的压力范围内,可能实现N₂和CO₂的动力学分离。