活性炭纖維協(xié)同脫除HCl-NO-SO2的實驗與機(jī)理研究.pdf

1、活性炭纖維（ACF）具有比表面積大、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、表面活性強(qiáng)等特點，可實現(xiàn)垃圾焚燒產(chǎn)生的硫氧化物（SOx），氮氧化物（NOx）、氯化氫（HCl）等污染物的高效脫除及產(chǎn)物資源化利用。本文探討了表面含氧、含氮官能團(tuán)對HCl脫除效率的影響，揭示了HCl在ACF表面的催化脫除機(jī)理；采取實驗與量子化學(xué)計算結(jié)合的方法，系統(tǒng)提出了NO在ACF表面的催化氧化路徑和機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，搭建了小型污染物一體化脫除平臺，研究了NO/HCl、SO2/HCl、SO

2、2/NO兩組分在ACF表面的競爭吸附行為，提出了采用兩級HNO3改性ACF協(xié)同脫除三種污染物的方法，實現(xiàn)HCl、NO、SO2的高效協(xié)同脫除。
　　在ACF表面官能團(tuán)的解析和調(diào)控方面，本文定量獲得了含氧、含氮官能團(tuán)的種類分布、形貌變化以及元素含量，比較了多種改性方法對ACF表面官能團(tuán)的修飾調(diào)控。結(jié)果表明，熱處理可以分解表面C-O、C=O、COO、COOH等含氧官能團(tuán)，生成C-C鍵；H2O2可氧化C-C表面生成C-O，COOH等氧化性

3、官能團(tuán)；HNO3改性會氧化C-C和C-O生成C=O、COO和COOH基團(tuán)；HNO3、Cu(NO3)2改性方法會改變表面吡咯、吡啶、季氮等含氮官能團(tuán)的分布，同時在ACF表面引入-NO2和NO3-離子。
　　在ACF脫除單一污染物過程和機(jī)理方面，在綜述ACF脫除SO2的基礎(chǔ)上，開展了ACF吸附脫除HCl的實驗研究，揭示了含氧、含氮官能團(tuán)在HCl脫除過程中的作用機(jī)制，同時采用實驗和量子化學(xué)計算方法深入研究了NO在ACF表面的催化氧化路徑

4、。結(jié)果表明，在無O2條件下，ACF對NO和HCl的脫除作用主要依靠微孔對氣體分子的吸附以及表面堿性官能團(tuán)與NO和HCl的反應(yīng)。HCl主要與吡啶、吡咯類堿性官能團(tuán)結(jié)合，ACF表面的?NO2官能團(tuán)和NO3?離子均可促進(jìn)HCl在ACF表面的吸收，可與吸附在ACF表面的HCl生成不易分解的含氯類有機(jī)物。NO可與堿性官能團(tuán)及C?C位結(jié)合。在有O2條件下，O2在ACF表面的催化氧化下，可生成一個半醌基和一個活性氧原子，NO吸附到ACF表面后，在半醌

5、基或活性氧原子的催化氧化下生成NO2。
　　在單一污染物研究的基礎(chǔ)上，本文研究了NO/HCl、SO2/HCl、SO2/NO在N2、N2/O2氣氛下的競爭吸附及協(xié)同脫除機(jī)理。N2氣氛下競爭吸附研究表明，HCl、NO、SO2之間存在強(qiáng)烈競爭吸附關(guān)系，與ACF表面的吸附活性位結(jié)合能力為HCl>SO2>NO。N2/O2氣氛下競爭吸附研究表明，HCl與ACF結(jié)合能力最強(qiáng)，抑制SO2、NO的吸附，NO難以抑制HCl在ACF表面的吸收，高濃度的

6、SO2可抑制HCl在ACF表面的吸附。SO2對NO在ACF表面的吸收，而NO難以抑制SO2的吸收。同時，NO的氧化產(chǎn)物?NO2官能團(tuán)可促進(jìn)SO2、HCl在ACF表面的吸收。
　　基于上述研究結(jié)論，本文進(jìn)一步提出了兩級HNO3改性ACF協(xié)同脫除HCl、NO、SO2的新思路，搭建了小型吸附實驗平臺，定量研究了ACF對三種污染物的吸附容量，探討了三種污染物在兩級反應(yīng)過程中的協(xié)同脫除效果。結(jié)果表明，O2含量的增加有利于HCl/NO/SO2

7、的協(xié)同脫除。在兩級反應(yīng)器中，一級反應(yīng)器吸附全部的HCl與大部分的SO2，二級反應(yīng)器促進(jìn)了NO與SO2的吸收，同時NO氧化產(chǎn)物?NO2可促進(jìn)SO2、HCl的吸附。定量分析結(jié)果顯示，兩級未改性ACF同單級未改性ACF吸附量相比，HCl、NO、SO2吸附量由58.8、6.5、17.3mg/g增加到84、8.4、23.4mg/g，分別增加了40％、30%、35%；HNO3改性增加了ACF表面硝基官能團(tuán)含量，可促進(jìn)SO2、HCl在二級反應(yīng)器中的吸