生物质活性炭烟气脱硫脱硝的研究进展

生物质活性炭烟气脱硫脱硝的研究进展

摘要：在一些燃煤电厂中为了能够实现对电厂烟气污染物的控制，往往会采用

多种烟气脱硫脱硝技术，在近年来，生物质活性炭脱硫脱硝技术逐渐成为研究的

热点，应用生物质脱硫脱硝技术也获得了较好的效果。

关键词：生物质活性炭；脱硫；脱硝

一、生物质活性炭烟气脱硫技术

在烟气脱硫技术中应用生物质活性炭脱硫技术，其实就是应用生物质活性炭

通过吸附与催化氧化的过程中在生物质活性炭的表面可以对SO2实现物理吸附，

这样就能将该过程中产生的H2SO4吸附在生物质活性炭的空隙内，从而减少烟气

中SO2的含量。

（一）生物质活性炭孔隙结构对脱硫性能的影响

利用生物质活性炭脱硫，往往是生物质活性炭表面的孔隙吸附了SO2、O2、

H2O,因此可以说该生物质活性炭的微孔容积越大，则其包含的活性位就越多，这

就更加有利于吸附烟气中的SO2、O2、H2O,而且大量的实践也证明该说法的正确性，同时研究也发现生物质活性炭的孔隙结构的合理性也会其吸附性产生影响。

图1是比较常见的脱硫活性炭，该活性炭孔隙结构相对比较均匀。

图1 常见的脱硫活性炭

（二）生物质活性炭表面化学性质对脱硫性能的影响

在生物质活性炭的表面还存在多种官能团，诸如算酸性官能团与碱性官能团。酸性官能团具有较强的分解功能，而富含氮碱性的碱性官能团则可以提升生物质

活性炭对烟气中的酸性气体的吸附能力。一些研究人员通过应用HNO3对各类生

物质活性炭，诸如生杏壳活性炭、椰壳活性炭、煤基活性炭等进行改性，分析研

究结果发现，对SO2的穿透时间被延长，而且可以吸附的SO2-也增多，这就可以大大的提升脱硫效率，获得较好的脱硫效果。

（三）生物质活性炭表面负载过渡金属对脱硫性能的影响

在生物质活性炭避免还含有一定的金属及其氧化物，这也可以在一定程度上

增强SO2的吸附能力，其中对Ce、Mn等金属及其氧化物的吸附能力进行研究。

通过对负载 Mn 的核桃壳活性炭(P/AC)与未负载 Mn 的核桃壳活性炭(AC)的实际脱

硫率进行比较，可以发现前者的脱硫率是后者的1.6倍。而且相关的实验者将棕

榈壳活性炭作为实验的载体，对其中Ce、V、Ni、Fe 4 种过渡金属道德脱硫率进

行研究，发现以上四种过渡金属都能不同程度的提升SO2的吸附能力。尤其是Ce 的负载量达到活性炭表面过渡金属的10%时，脱硫率可以达到95%，吸附效果最好。物质活性炭表面负载过渡金属具有较好的脱硫效果可能是因为过渡金属离子

可以与SO2反应，在O2作用下生成硫酸盐，而且可以将过渡金属离子作为催化

氧化反应的活性中心，在该过程中就可以在O2和水蒸气的作用下产生H2SO4,从

而获得较好的脱硫效果。

二、生物质活性炭烟气脱硝技术

（一）生物质活性炭吸附脱硝技术

在燃煤电厂、工业锅炉生产经营中所产生的烟气主要是以氮氧化物组成，在

低温区（＜500K），通过生物质活性炭的吸附作用就可以形成C(NO)络合物。而

且大量的研究表明生物质活性炭对NO的吸附能力强于煤基活性炭，这是因为生

物质活性炭的比表面积增加是提升NO吸附能力的主要原因。但是，也有相关的

学者证明，可椰壳活性炭（图2）和煤基活性炭（图3）的吸附脱硝性能相比，比表面积较小的活性炭吸附脱硝性能较好。椰壳活性炭的比表面积是

835.755m2/g,煤基活性炭的比表面积是991.825m2/g，椰壳活性炭的吸附脱硝性能远远强于煤基活性炭。

图2 椰壳活性炭

图3 煤基活性炭

（二）生物质活性炭NH3 -SCR脱硝技术

在烟气的中温区(500-1000K)，应用生物质活性炭脱硝就是通过NH3 -SCR脱硝反应实现的，在该过程中可以应用一定的催化剂，这样烟气中的NH3与NO互相作用反应生成N2和水，这也是目前燃煤电厂控制Nx使用最广泛的技术。在该反应中SCR的催化剂对脱硝速率会产生重要的影响，一般会选取性对比较成熟的钒钛系催化剂，但是因为反应温度窗口较高，还需要严格控制其温度。在使用SCR 反应器是还要做好除尘工作，避免因为烟气中的烟尘导致孔道堵塞等多种问题，从而导致使用寿命不长。因此，可以通过应用渗氮处理来对生物质活性炭进行改性处理，这样可以有效的提高脱硝效率，但是应用该方式时，还应该注意控制含氮物质溶液浓度，避免因为浓度过高而破坏生物质活性炭的孔隙结构，影响脱硝效率。

（三）生物质活性炭异相还原脱硝技术

在高温区（＞1000K），其中的NO与生物质活性炭作用可以发生再燃脱硝反应，该反应过程中主要是以还原反应为主，产生CO2和N2 而且在高温异性还原反应中生物质活性炭的反应活性远远高于煤基活性炭，这可能是因为生物质活性炭的比表面积更大，而且含氧官能团较多，也能促使反应活性不断提升。在高温区的再燃脱硝反应中，生物质活性炭的种类、活性炭的颗粒直径、再燃反应温度都会不同程度的影响脱硝效果。如果生物质活性炭的颗粒直径减小，但是再燃反应温度提高，因为活性炭的比表面积增大，就导致挥发分析速度加快，温度升高就会导致化学反应速率不断提升，化学反应也能得到一定程度的强化，这样就可以有效的提高燃脱硝效果。

总结

综上所述，生物质活性炭烟气脱硫脱硝技术主要是因为吸附脱硫技术为主，因此导致影响脱硫性能的因素较多。在未来的生物质活性炭烟气脱硫脱硝找那个还可以对生物质活性炭脱硫脱硝制备生物缓释肥的可行性进行深入探究，从而实现资源再利用，也可以对生物质活性炭的自身催化特性与载体特性都进行深入的研究，重点研究生物质活性炭表面改性方法、担载化剂的筛选以及生物质活性炭成型机械性能。此外，还可以加强生物质活性炭的表面改性与担载催化剂对多污染物的一体化脱除进行深入的研究。

参考文献：

[1]朱晓,王涛,马春元.生物质活性炭烟气脱硫脱硝的研究进展[J].生物质化学工程,2018.

[2]杨娟娟,王欣,雷晶晶,et al.烟气脱硫脱硝活性炭催化剂的再生方法研究[J].炭素,2014(1):17-19.