活性炭在燒結(jié)煙氣處理后的再生
活性炭在燒結(jié)煙氣處理后的再生
活性炭由于具有較大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的官能團(tuán)，具有良好的吸附性能。近年來，越來越多地應(yīng)用于燒結(jié)煙氣凈化行業(yè)，如脫硫。經(jīng)過一段時間的工業(yè)應(yīng)用，活性炭的吸附能力無法通過解吸恢復(fù)，難以繼續(xù)使用，產(chǎn)生大量廢活性炭。由于吸附的物質(zhì)含有二氧化硫和二惡英以及來自燒結(jié)煙氣的其他危險污染物，因此廢活性炭通常被視為危險廢物。目前處理廢活性炭的主要方式是焚燒或填埋，往往造成嚴(yán)重的二次環(huán)境污染和資源浪費。因此，廢活性炭的再生最近因其經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源效益而受到越來越多的關(guān)注。
活性炭的再生方法
再生主要是通過解吸分解去除吸附的污染物，恢復(fù)活性炭的吸附能力。再生技術(shù)的選擇與吸附物質(zhì)的種類和特性密切相關(guān)。本次提出使用Na2CO3溶液、HF溶液和CO2連續(xù)處理的方法來再生活性炭。沉積的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，然后去除。此外，通過CO2處理也改變了質(zhì)地特性以增強吸附能力。研究了吸附-再生循環(huán)和再生條件對硫轉(zhuǎn)化率和再生效率的影響。此外，通過多種測試方法在模擬燒結(jié)煙氣下，在固定床反應(yīng)器中評估再生活性炭的效率。
圖1：燒結(jié)煙氣處理飽和后的活性炭再生方法。
活性炭和危廢活性炭的區(qū)別
活性炭和飽和后的活性炭C含量，可以看出飽和活性炭的C含量低于活性炭，活性炭為93.62wt%，而飽和后的危廢活性炭降低到83.06wt%。S的含量從0.21wt%增加到4.96wt%，Ca、Si和Cl的含量分別為2.21、1.85和1.77wt%。這是因為吸附在活性炭上的離子在燒結(jié)煙氣凈化過程中沒有被消除，而是反應(yīng)形成無機化合物沉積在活性炭上。為了了解沉積在危廢活性炭上的無機化合物的微觀結(jié)構(gòu)和分布，危廢活性炭和活性炭的SEM圖像顯示在圖2。從中可以看出圖2a-c表明活性炭表面光滑，孔隙清晰可見。還有許多不同孔徑的圓形孔。危廢活性炭表面粗糙，孔道完全被針狀、塊狀和顆粒狀化合物覆蓋。結(jié)合SEM圖像和EDS分析，針狀化合物為CaSO4，主要分布在兩部分。CaSO4大部分在孔隙周圍，少量附著在塊狀化合物上。標(biāo)有“2”的相代表嵌入活性炭孔隙中的灰色塊狀物，即SiO2。此外，活性炭表面存在少量角狀顆粒，經(jīng)鑒定為KCl。CaSO4、SiO2、KCl沉積在孔隙中，導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增加，脫硫能力下降。
圖2：活性炭和危廢活性炭的SEM圖像和EDS結(jié)果。(a)危廢活性炭圖像;(b,c)活性炭圖像(1)CaSO4;(2)的SiO2;(3)KCl。
Na2CO3濃度對廢活性炭硫轉(zhuǎn)化率的影響
Na2CO3溶液濃度與硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖3。可以得出結(jié)論，在低Na2CO3溶液濃度下，溶液濃度的增加也增加了硫轉(zhuǎn)化率。當(dāng)Na2CO3溶液濃度為0.1mol/L時，硫轉(zhuǎn)化率僅為75.02%。隨著溶液濃度繼續(xù)上升到0.5mol/L，硫的轉(zhuǎn)化率高達(dá)94.60%。這是因為溶液中擴散速率隨著溶液濃度的增加而加快，以更好地與硫酸鹽接觸，從而提高轉(zhuǎn)化效果。然而，當(dāng)Na2CO3當(dāng)濃度超過0.5mol/L時，硫轉(zhuǎn)化率的變化減慢，確定為最佳Na2CO3濃度。
圖3：Na2CO3溶液濃度與廢活性炭硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(再生時間1小時，L/S=10)。
活化溫度對活性炭再生效率的影響
廢活性炭在Na2CO3溶液和HF溶液處理后具有良好的吸附性能。然而，織構(gòu)特性的恢復(fù)并不顯著，廢活性炭的微孔率占總孔隙率的百分比低于活性炭。CO2活化處理可以改善廢活性炭的質(zhì)構(gòu)特性，提高脫硫能力?；罨瘻囟葘U活性炭再生效率和產(chǎn)率的影響列于圖4。隨著活化溫度從500℃提高到800℃，再生效率從82.15%提高到110.5%，產(chǎn)率逐漸下降。這是因為活性炭在高溫下與CO2反應(yīng)使原始碳重新活化，進(jìn)一步發(fā)展了活性炭的阻塞孔隙度并產(chǎn)生了新的孔隙。然而，當(dāng)溫度為900℃時，再生效率嚴(yán)重下降到97.35%。這可能是由于活化反應(yīng)的繼續(xù)增強會導(dǎo)致原有的孔結(jié)構(gòu)被破壞，部分微孔塌陷為中孔。
圖4：活化溫度對再生效率和產(chǎn)率的影響。
活性炭在燒結(jié)煙氣處理后的再生，采用了Na2CO3溶液、HF溶液和CO2的新型連續(xù)處理方法可以有效地從燒結(jié)煙氣凈化過程中再生廢活性炭。無機化合物如CaSO4和SiO2以及KCl的沉積導(dǎo)致活性炭失活，Na2CO3溶液可以將CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3并去除水溶性化合物，如KCl。硫轉(zhuǎn)化率首先顯著增加，然后隨著Na2CO3濃度的增加變化減慢。當(dāng)Na2CO3濃度為0.5mol/L時，硫轉(zhuǎn)化率自由基高達(dá)94.6%。另外在各種溶劑濃度和溫度都達(dá)到較好的水平，總體再生效率可達(dá)111%
本文作者：董帝豪
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