针对SO2脱除的煤基活性炭结构及表面优化调控
于馨凝1
林国鑫1
刘少俊2
郑成航1
高翔1
1.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州,3100272.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027;重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆400044
摘要：以神华褐煤为原料,ZnCl2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SO2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N2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的煤基活性炭制备实验优化工艺条件为:炭化温度700℃,升温速率15℃/min,炭化时间3h.得到活性炭的BET比表面积为599 m2/g,微孔比表面积为269 m2/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SO2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 m2/g)和微孔比表面积(292 m2/g).说明低浓度的碱处理对活性炭有扩孔的效果,而碱浓度过高会导致孔结构破坏,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0.557 mmol/g.进一步对活性炭的微孔比表面积、碱性官能团含量与SO2吸附量的相关性进行分析,发现SO2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SO2在活性炭表面的吸附.
关键词：活性炭响应曲面法孔结构官能团SO2吸附
分类号：TQ424.1(试剂与纯化学品的生产)X701.3(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(U1609212)国家自然科学基金(51306079)低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室开放基金(LLEUTS-201507)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 1593-1600 )
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