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摘要：在联合脱硫脱硝方面，活性纤维碳由于具有较好的物理性质所以得到了应用。基于这种认识，本文通过实验对活性炭纤维联合脱硫脱硝机理展开了研究。研究结果表明，在N2中SO2和NO会对吸附位置进行争抢，对SO2吸附能力强，材料表面形成的含氮官能团会给SO2提供吸附位置；在O2中材料外层NO会被氧化成更多的含氮官能团，为SO2提供吸附位，促使SO2被氧化成高价S。
关键词：活性炭纤维；联合脱硫脱硝；脱除机理
引言：
活性炭纤维（ACF）属于新型吸附材料，孔径小、比表面积大，并且功能较多，具有吸附量大、速率快等特点，是目前常见的高效环保工程材料。在燃煤发电领域，该材料能够在脱硫和脱硝处理工艺中得到应用。而采用该材料实现联合脱硫脱硝，可以降低企业生产成本，并且不会产生二次污染。因此，还应加强对活性炭纤维联合脱硫脱硝机理的研究，从而更好的进行该种材料的推广应用。
1实验条件
1.1实验材料
实验使用粘胶基活性炭纤维，在实验前利用去离子水进行反复多次清洗，然后在风干箱内干燥，温度设定为110℃，干燥时长3h。干燥后对材料进行处理，得到6×10×3mm样品备用。在基团结构性质测试中，取1mg样品进行研磨，得到的粉末与100-200mgKBr混合均匀，利应液压机进行透明薄状片制作。实验使用的废气由高纯N2、纯O2、3%SO2和3%NO构成，SO2和NO体积分数分别为750×10-6和700×10-6。
1.2实验方法
在实验过程中，需要利用自动吸附仪测试样品孔特征，利用BET方程线性回归完成样品孔隙总面积估算，并利用T曲线法分析孔隙体积，利用BJH模型估算孔容纳体系和直径平均值。采用分辨率为4cm-1的Nicolet5700红外光谱仪，可以在400-4000cm-1范围下对样品基团结构性质进行分析。在联合脱硫脱硝实验中，采用由气瓶、混合器、ACF吸附床、恒温水浴锅、U型反应器和烟气分析仪等设备构成的试验装置，利用减压阀和控制器对各路气体流量进行控制，完成单独脱硫、单独脱硝和联合脱硫脱硝实验[1]。反应温度为40℃，气体总流量为200mL/min，反应器内径20mm，空速比1092h-1。采用KM950烟气分析仪，可以对气体中各种成分浓度进行测定。实验时，需要将ACF样品放入加热的管式炉进行升温脱附试验，利用高纯Ar气以500mL/min速度进行样品冲洗，确保其表面吸附的NO和SO2能够得到去除。最后以10℃/min速度升温，使管式炉温度达到1000℃，然后利用分析仪测量脱附气体。
2实验结果与分析
2.1活性炭纤维孔结构分析
从活性炭纤维孔结构分析结果来看，材料表面主要为微孔，孔径平均1.89mm，比表面较大，可达1266㎡/g，可以获得较大的污染物吸附容量。相较于材料孔径，SO2和NO的分子直径分别为0.28nm和0.317nm，可以被材料大量容纳。从测试结果来看，样品孔容为0.6mL/g，微孔孔容为0.48mL/g。
2.2活性炭纤维单独脱硫脱硝分析
从活性炭纤维单独脱硫实验情况来看，使用0.5g的ACF对含有10%O2的烟气中的SO2进行吸附，凭借材料物理吸附作用，在实验一开始就完成了全部SO2的吸附。在气体吸附量逐步增加的情况下，材料表面吸附位开始减少，表面的SO2体积分数不断增加，对SO2进行化学吸附，促使SO2体积分数显著降低。吸附时间长达60min时，达到最大吸附值，并且产生亚硝基官能团。对比材料吸附O2和SO2的红外光谱发现，在氧化作用下，NO成为亚硝酸根，为SO2提供了吸附位置。在O2中，吸附态SO2被氧化成高价氧化态S。
从单独脱硝实验情况来看，NO吸附反应条件与SO2一样。在N2中，开始时NO浓度较高，3min达极值，之后先缓慢下降然后上升。在O2中，旁路中发现NO2气体，主要是由于NO被氧化。切换固定床后，NO浓度增加，在240min达到极大值，然后下降[2]。对比两种条件下NO红外光谱分析结果可以发现，N2中ACF表面出现含氮官能团，主要是由于材料内含氧官能团的氧化作用。O2中材料表面-NO3吸收峰强烈，主要是由于NO被大量氧化。NO浓度一度下降，与吸附态NO被氧化从而释放吸附位有关。升温脱附期间，NO气体被释放，剩余O与材料表面C结合成为官能团。
2.3活性炭纤维联合脱硫脱硝分析
從联合脱硫脱硝情况来看，材料对NO吸附能力稍弱于对SO2的吸附。结合活性炭纤维单独脱硫和单独脱硝的机理，可以实现对联合脱硫脱硝机理的推导。具体来讲，就是材料对SO2吸附能力强，与SO2能够轻松占据材料表面位置有关，以至于对NO的吸附进行了抑制。从红外光谱对比结果来看，SO2和NO无作用发生。在N2下联合脱附，材料表面SO2和NO发生了吸附竞争，吸附态NO形成亚硝基集团，为SO2提供了吸附位。在吸附位作用下，SO2被氧化成高价氧化态S。在O2下联合脱附，在氧气作用下材料表面NO形成含氮官能团，为SO2吸附提供吸附位。SO2被氧化为高价氧化态S，含氮官能团被还原，导致NO和NO2被释放。
结论：
通过研究可以发现，采用活性炭纤维进行联合脱硫脱硝，在N2中SO2和NO会对吸附位置进行争抢，对SO2吸附能力强，材料表面形成的含氮官能团会给SO2提供吸附位置。在O2中进行联合脱附，材料外层NO会被氧化成更多的含氮官能团，为SO2提供吸附位，促使SO2被氧化成高价S。
参考文献：
[1]沈炜.活性炭纤维联合脱硫脱硝的机理分析[J].能源技术与管理，2017，42（05）：145-147.
[2]李重玖，赵然，彭梦齐等.改性活性炭纤维可见光催化联合脱硫脱硝的研究[J].燃料化学学报，2015，43（12）：1516-1522.
关键词：活性炭纤维；联合脱硫脱硝；脱除机理
引言：
活性炭纤维（ACF）属于新型吸附材料，孔径小、比表面积大，并且功能较多，具有吸附量大、速率快等特点，是目前常见的高效环保工程材料。在燃煤发电领域，该材料能够在脱硫和脱硝处理工艺中得到应用。而采用该材料实现联合脱硫脱硝，可以降低企业生产成本，并且不会产生二次污染。因此，还应加强对活性炭纤维联合脱硫脱硝机理的研究，从而更好的进行该种材料的推广应用。
1实验条件
1.1实验材料
实验使用粘胶基活性炭纤维，在实验前利用去离子水进行反复多次清洗，然后在风干箱内干燥，温度设定为110℃，干燥时长3h。干燥后对材料进行处理，得到6×10×3mm样品备用。在基团结构性质测试中，取1mg样品进行研磨，得到的粉末与100-200mgKBr混合均匀，利应液压机进行透明薄状片制作。实验使用的废气由高纯N2、纯O2、3%SO2和3%NO构成，SO2和NO体积分数分别为750×10-6和700×10-6。
1.2实验方法
在实验过程中，需要利用自动吸附仪测试样品孔特征，利用BET方程线性回归完成样品孔隙总面积估算，并利用T曲线法分析孔隙体积，利用BJH模型估算孔容纳体系和直径平均值。采用分辨率为4cm-1的Nicolet5700红外光谱仪，可以在400-4000cm-1范围下对样品基团结构性质进行分析。在联合脱硫脱硝实验中，采用由气瓶、混合器、ACF吸附床、恒温水浴锅、U型反应器和烟气分析仪等设备构成的试验装置，利用减压阀和控制器对各路气体流量进行控制，完成单独脱硫、单独脱硝和联合脱硫脱硝实验[1]。反应温度为40℃，气体总流量为200mL/min，反应器内径20mm，空速比1092h-1。采用KM950烟气分析仪，可以对气体中各种成分浓度进行测定。实验时，需要将ACF样品放入加热的管式炉进行升温脱附试验，利用高纯Ar气以500mL/min速度进行样品冲洗，确保其表面吸附的NO和SO2能够得到去除。最后以10℃/min速度升温，使管式炉温度达到1000℃，然后利用分析仪测量脱附气体。
2实验结果与分析
2.1活性炭纤维孔结构分析
从活性炭纤维孔结构分析结果来看，材料表面主要为微孔，孔径平均1.89mm，比表面较大，可达1266㎡/g，可以获得较大的污染物吸附容量。相较于材料孔径，SO2和NO的分子直径分别为0.28nm和0.317nm，可以被材料大量容纳。从测试结果来看，样品孔容为0.6mL/g，微孔孔容为0.48mL/g。
2.2活性炭纤维单独脱硫脱硝分析
从活性炭纤维单独脱硫实验情况来看，使用0.5g的ACF对含有10%O2的烟气中的SO2进行吸附，凭借材料物理吸附作用，在实验一开始就完成了全部SO2的吸附。在气体吸附量逐步增加的情况下，材料表面吸附位开始减少，表面的SO2体积分数不断增加，对SO2进行化学吸附，促使SO2体积分数显著降低。吸附时间长达60min时，达到最大吸附值，并且产生亚硝基官能团。对比材料吸附O2和SO2的红外光谱发现，在氧化作用下，NO成为亚硝酸根，为SO2提供了吸附位置。在O2中，吸附态SO2被氧化成高价氧化态S。
从单独脱硝实验情况来看，NO吸附反应条件与SO2一样。在N2中，开始时NO浓度较高，3min达极值，之后先缓慢下降然后上升。在O2中，旁路中发现NO2气体，主要是由于NO被氧化。切换固定床后，NO浓度增加，在240min达到极大值，然后下降[2]。对比两种条件下NO红外光谱分析结果可以发现，N2中ACF表面出现含氮官能团，主要是由于材料内含氧官能团的氧化作用。O2中材料表面-NO3吸收峰强烈，主要是由于NO被大量氧化。NO浓度一度下降，与吸附态NO被氧化从而释放吸附位有关。升温脱附期间，NO气体被释放，剩余O与材料表面C结合成为官能团。
2.3活性炭纤维联合脱硫脱硝分析
從联合脱硫脱硝情况来看，材料对NO吸附能力稍弱于对SO2的吸附。结合活性炭纤维单独脱硫和单独脱硝的机理，可以实现对联合脱硫脱硝机理的推导。具体来讲，就是材料对SO2吸附能力强，与SO2能够轻松占据材料表面位置有关，以至于对NO的吸附进行了抑制。从红外光谱对比结果来看，SO2和NO无作用发生。在N2下联合脱附，材料表面SO2和NO发生了吸附竞争，吸附态NO形成亚硝基集团，为SO2提供了吸附位。在吸附位作用下，SO2被氧化成高价氧化态S。在O2下联合脱附，在氧气作用下材料表面NO形成含氮官能团，为SO2吸附提供吸附位。SO2被氧化为高价氧化态S，含氮官能团被还原，导致NO和NO2被释放。
结论：
通过研究可以发现，采用活性炭纤维进行联合脱硫脱硝，在N2中SO2和NO会对吸附位置进行争抢，对SO2吸附能力强，材料表面形成的含氮官能团会给SO2提供吸附位置。在O2中进行联合脱附，材料外层NO会被氧化成更多的含氮官能团，为SO2提供吸附位，促使SO2被氧化成高价S。
参考文献：
[1]沈炜.活性炭纤维联合脱硫脱硝的机理分析[J].能源技术与管理，2017，42（05）：145-147.
[2]李重玖，赵然，彭梦齐等.改性活性炭纤维可见光催化联合脱硫脱硝的研究[J].燃料化学学报，2015，43（12）：1516-1522.