活性半焦的制備

前言

煤炭是我國的主要能源。2011年我國一次能源生產(chǎn)總量為31.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤產(chǎn)量達(dá)35.2億噸；在2011年我國34.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源消費(fèi)總量中煤炭消費(fèi)量為35.7億噸，占全球當(dāng)年煤炭消費(fèi)量的48.2%。近年來，我國消費(fèi)的煤炭中約80%用于燃燒。燃煤造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)變差，我國排放到大氣中80%以上的SO2來源于煤炭燃燒。雖然我國煙氣SO2脫除治理工作已進(jìn)行多年，但現(xiàn)行常規(guī)濕法、半干法煙道氣脫硫技術(shù)對水的需求與我國產(chǎn)煤發(fā)電區(qū)域水資源嚴(yán)重匱乏形成嚴(yán)重的矛盾，限制了煙道氣脫硫技術(shù)的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的干法脫硫技術(shù)已成業(yè)界共識，迄今國家已投入大量資金支持煙氣脫硫技術(shù)的自主創(chuàng)新?；钚裕ò耄┙篃煔饷摿蚣夹g(shù)是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干法煙氣脫硫技術(shù)，適合我國缺水地區(qū)；低成本生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高SO2吸附容量的活性（半）焦是這個(gè)技術(shù)的核心。自20世紀(jì)90年代作者已開始進(jìn)行催化法制備中孔活性炭的研究，在多孔炭制備、表征、應(yīng)用的理論和實(shí)踐方面積累了較為豐富的基礎(chǔ)。2003年起在國家自然科學(xué)基金（NSFC）、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）等的支持下，作者在催化法活性半焦制備及其脫硫機(jī)理領(lǐng)域開展了深入、細(xì)致的研究工作。本書介紹了作者十多年來在這一領(lǐng)域進(jìn)行的研究工作，系統(tǒng)介紹活性半焦結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)、脫硫性能的表征方法；不同原料、不同工藝條件以及不同制備方法所得活性半焦的結(jié)構(gòu)、表面性能和脫硫性能；活性半焦表面性能（表面酸堿性、氧化/催化氧化性能）、孔隙結(jié)構(gòu)對活性半焦脫硫性能的影響；含鉀催化劑的脫硫動力學(xué)和活性半焦脫硫機(jī)理。書中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)翔實(shí)，論述充分，是多孔炭材料、燃煤脫硫尤其是活性（半）焦煙氣脫硫等技術(shù)領(lǐng)域的科研、工程技術(shù)人員的一本有價(jià)值的參考資料。中國礦業(yè)大學(xué)2012年5目

內(nèi)容概要

　　本書主要是針對干法煙氣脫硫用活性半焦的研究，側(cè)重脫硫炭的性質(zhì)研究和開發(fā)。本書內(nèi)容包括活性半焦的結(jié)構(gòu)及炭法煙氣脫硫技術(shù)、活性半焦結(jié)構(gòu)和性能分析評價(jià)方法、活性半焦脫硫性能評價(jià)方法、原料及制備工藝對活性半焦性能的影響、活性半焦的催化法制備及其性能研究、活性半焦脫硫機(jī)理的研究。本書面向從事活性半焦、活性焦等脫硫炭的制備，活性炭的制備，活性半焦脫硫技術(shù)，煤潔凈利用等方面的研究人員、高等院校和企業(yè)相關(guān)專業(yè)師生和相關(guān)生產(chǎn)人員。

書籍目錄

1活性半焦的結(jié)構(gòu)及炭法煙氣脫硫技術(shù)
1.1活性焦、活性半焦和脫硫炭的概念
1.2活性半焦的結(jié)構(gòu)
1.2.1活性半焦的基本微晶結(jié)構(gòu)
1.2.2活性半焦的孔隙結(jié)構(gòu)
1.2.3活性半焦的化學(xué)結(jié)構(gòu)
1.3炭法煙氣脫硫技術(shù)
1.3.1燃煤污染及煙氣脫硫
1.3.2炭法煙氣脫硫技術(shù)
參考文獻(xiàn)
2活性半焦結(jié)構(gòu)和性能分析評價(jià)方法
2.1活性半焦比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)的分析測定方法
2.1.1吸附等溫線及比表面積計(jì)算方法
2.1.2活性半焦孔容積的測定原理
2.1.3活性半焦孔徑分布的測定方法
2.2活性半焦晶體結(jié)構(gòu)的研究方法
2.3活性半焦表面官能團(tuán)和表面催化氧化/氧化性的表征測試方法
2.3.1活性半焦表面官能團(tuán)的表征和測試方法
2.3.2程序升溫還原（TPR）法測定活性半焦表面的催化氧化/氧化性
2.4活性半焦表面SO2催化氧化/氧化性能的測定方法
2.4.1SO2在活性半焦上的催化氧化/氧化
2.4.2碘量法分析活性半焦的SO2催化氧化/氧化性能
2.4.3循環(huán)伏安法測定活性半焦的SO2催化氧化/氧化性能
參考文獻(xiàn)
3活性半焦脫硫性能評價(jià)方法
3.1煙氣脫硫尾氣中SO2分析方法的比較
3.1.1實(shí)驗(yàn)原料及SO2含量測定方法、儀器和裝置
3.1.2碘量法與定電位電解法的比較
3.1.3定電位電解法與SO2有害氣體快速檢測管的對比
3.2活性半焦脫硫性能評價(jià)裝置的建立
3.2.1活性半焦脫硫性能評價(jià)裝置
3.2.2活性半焦脫硫性能評價(jià)裝置中各參數(shù)的確定
參考文獻(xiàn)
4原料及制備工藝對活性半焦性能的影響
4.1活性半焦制備技術(shù)及其脫硫性能
4.2原料種類對活性半焦性質(zhì)及脫硫性能的影響
4.2.1不同原料制備活性半焦的比表面積和孔徑分布
4.2.2不同原料活性半焦的晶體結(jié)構(gòu)
4.2.3不同原料活性半焦的化學(xué)性質(zhì)
4.2.4不同原料活性半焦的脫硫性能
4.3預(yù)氧化對活性半焦化學(xué)性質(zhì)和脫硫性能的影響
4.3.1預(yù)氧化對活性半焦化學(xué)性質(zhì)的影響
4.3.2預(yù)氧化對活性半焦脫硫性能的影響
4.4炭化條件對活性半焦孔結(jié)構(gòu)和脫硫性能的影響
4.4.1炭化條件對炭化過程及半焦比表面積的影響
4.4.2炭化條件對活性半焦脫硫性能的影響
4.5特殊活化劑對活性半焦化學(xué)性質(zhì)及脫硫性能的影響
4.5.1活性半焦碘值與脫硫性能的關(guān)系
4.5.2特殊活化劑種類對活性半焦的化學(xué)性質(zhì)的影響
4.5.3特殊活化劑種類對活性半焦脫硫性能的影響
參考文獻(xiàn)
5活性半焦的催化法制備及其性能研究
5.1催化脫硫和催化活化
5.1.1催化脫硫
5.1.2催化活化
5.2混合催化劑對活性半焦的性質(zhì)和脫硫性能的影響
5.3催化劑種類對活性半焦性質(zhì)及脫硫性能的影響
5.3.1催化劑種類對活性半焦微晶結(jié)構(gòu)的影響
5.3.2催化劑種類對活性半焦孔隙結(jié)構(gòu)的影響
5.3.3催化劑種類對活性半焦脫硫性能的影響
5.3.4不同種類活性半焦的熱再生性能
5.3.5活性半焦脫硫前后表面官能團(tuán)的變化
5.4不同鉀催化劑前驅(qū)體對活性半焦性質(zhì)及其脫硫性能的影響
5.4.1不同鉀催化劑前驅(qū)體對活性半焦晶體結(jié)構(gòu)的影響
5.4.2不同催化劑前驅(qū)體對所得活性半焦孔隙結(jié)構(gòu)的影響
5.4.3不同鉀前驅(qū)體活性半焦的脫硫性能
5.5酸洗對活性半焦孔隙結(jié)構(gòu)和脫硫性能的影響
5.5.1酸洗對活性半焦比表面積和孔結(jié)構(gòu)的影響
5.5.2酸洗對活性半焦脫硫性能的影響
參考文獻(xiàn)
6活性半焦脫硫機(jī)理的研究
6.1活性半焦炭層結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)與脫硫
6.2活性半焦表面含氧官能團(tuán)與脫硫
6.2.1吸附SO2后活性半焦的TG.MS分析
6.2.2吸附SO2后活性半焦的TP.DRIFT分析
6.3活性半焦含氮官能團(tuán)與脫硫
6.3.1雙氧水改性對活性半焦脫硫性能的影響
6.3.2氨水改性對活性半焦脫硫性能的影響
6.4活性半焦表面堿性與脫硫
6.4.1活性半焦堿性位的來源
6.4.2活性半焦表面堿性與脫硫
6.5活性半焦表面催化氧化/氧化性能與脫硫
6.5.1TPR表征活性半焦表面的催化氧化/氧化性與脫硫
6.5.2化學(xué)方法測得的活性半焦的催化氧化/氧化性與脫硫
6.5.3脫硫過程中H2O對活性半焦催化氧化/氧化性能的影響
6.6活性半焦脫除煙氣中SO2的動力學(xué)研究
6.6.1內(nèi)、外擴(kuò)散影響的消除
6.6.2溫度對活性半焦脫硫速率的影響
6.6.3H2O(g)含量對活性半焦脫硫速率的影響
6.6.4O2含量對活性半焦脫硫速率的影響
6.6.5SO2含量對活性半焦脫硫速率的影響
6.6.6動力學(xué)模型
6.7活性半焦脫硫機(jī)理探討
6.7.1活性半焦脫硫機(jī)理的研究現(xiàn)狀
6.7.2活性半焦脫硫機(jī)理探討
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   通常采用氣相或液相氧化方法對已制備好的活性半焦進(jìn)行后處理改性，賦予活性半焦不同的表面化學(xué)特性。氣相改性主要是用H2、O2和NH3等對炭材料進(jìn)行處理，液相改性主要是用HNO3、H2O2等對炭材料進(jìn)行表面處理。 氨水處理活性炭能增加炭表面的含氮官能團(tuán)如內(nèi)酰胺、酰亞胺。氨基化合物主要在胺解氧化中形成，熱處理能夠使其轉(zhuǎn)變成吡咯和吡啶類官能團(tuán)。S.Biniak等通過使用HNO3、氨水和熱處理的方法對炭材料表面官能團(tuán)種類進(jìn)行了研究。認(rèn)為HNO3氧化處理能使炭表面產(chǎn)生較大數(shù)量的酸性結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的表面酸性。熱處理可以降低其表面酸性而提高表面堿性。HNO3氧化處理的活性炭上至少可以觀察到有兩種堿性表面官能團(tuán)——過氧離子和吡喃酮類結(jié)構(gòu)的存在。而氨水處理后的表面會出現(xiàn)第三種堿性點(diǎn)——類吡啶結(jié)構(gòu)。未處理的活性炭上，羰基、醇醚類是表面官能團(tuán)的主要種類，此外還有一些吡咯、吡啶類的含氮官能團(tuán)。HNO3能大大提高炭表面的含氧化合物濃度，這些官能團(tuán)主要附著在芳香層邊緣。其中有較多的是酸酐結(jié)構(gòu)，并且羧羰基、酯羰基、烯醇類以及醚基、羥基含量都增加了，而且硝酸處理也增加了吡啶和氧化吡啶的含量。熱處理可以減少吡咯類官能團(tuán)含量，減少的吡咯類官能團(tuán)可能轉(zhuǎn)化為了吡啶及氧化吡啶。在氨水氣氛中，這一現(xiàn)象更為明顯。但是用硝酸預(yù)氧化也能使炭表面增加吡咯類官能團(tuán)。 綜上所述，活性半焦的比表面積和表面化學(xué)性質(zhì)對其煙氣脫硫性質(zhì)影響較大，而制備活性半焦的原料、制備工藝條件、后處理改性是提高其孔隙結(jié)構(gòu)和表面性能的主要方法，特別是有利于活性半焦脫硫的表面性能的改性非常重要。本章探討了不同的預(yù)氧化劑進(jìn)行預(yù)氧化改性，以及采用特殊的活化劑直接活化改性制備活性半焦的化學(xué)性質(zhì)及其脫硫性能，同時(shí)探討了制備工藝條件對活性半焦脫硫性能的影響。 4.2原料種類對活性半焦性質(zhì)及脫硫性能的影響 活性炭是用幾乎所有的植物源含碳材料，如木、煤、泥煤、果核和果殼等經(jīng)過炭化、活化制成的。在排除空氣和添加化學(xué)活化劑的條件下，高溫炭化制得的單純的炭化產(chǎn)品實(shí)際上是一種比表面積為μm2／g級的無活性材料；炭化材料只有經(jīng)過活化才能制成具有高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和相當(dāng)大比表面積的吸附劑?；钚园虢故腔罨潭容^低的活性炭，其強(qiáng)度比活性炭大，孔隙結(jié)構(gòu)比活性炭小。 所有制備活性炭的原料也是制備活性半焦的原料。 原料的性質(zhì)在很大程度上決定著活性半焦的孔結(jié)構(gòu)、比表面積和反應(yīng)性的大小，進(jìn)一步也影響到活性半焦的脫硫性能。王樹森的研究表明：原料煤中揮發(fā)分的含量越高，熱解所得半焦的比表面積越大；并且低階煤所制得的半焦的反應(yīng)性高于高階煤所制得的半焦的反應(yīng)性。Halina Martyniuk等人對四種不同揮發(fā)分含量的煤，在相同制備條件下制得的脫硫劑進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：原料煤中揮發(fā)分的含量越高，熱解所得半焦的脫硫效果越好；而且原料煤中揮發(fā)分的含量越高，吸附SO2后的活性半焦的熱脫附效果越好。

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