活性炭材料在氣體污染防治中的應用

活性炭材料在氣體污染防治中的應用

    活性炭材料不僅對有機蒸汽有良好的吸附作用,對造成大氣污染的幾種主要氣體，如工廠煙道排放的SO2 、汽車尾氣排放的CO2 、NO2 、烴、醛類氣體都能夠吸附，因而活性炭還可制成干法脫硫裝置及汽車尾氣過濾裝置。此外，活性炭還可吸附O3 、含氟氣體、煙味、人體和儀器排放的多種異味，可制成空氣凈化器。

室內空氣污染的防治

    人們的日常生活，如居室、廚房、廁所以及公共場所等，由于人們的生活活動，都會給自己的生活小環境的空氣帶來一定程度的污染。其污染物主要是少量的H2S、SO2 、CO、CO2 、氮氧化物、NH3 、居室裝潢的揮發性溶劑、油煙及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附過濾法為合適,通常是用活性炭過濾和空調、換氣設備聯用的方法。張金萍和李德生報道, 以活性炭纖維為濾材的空氣過濾器對二氧化硫和氮氧化物的大往除率分別為90.4 % 和76.6 % , 使室內空氣質量達到規定的衛生要求。[8], 活性炭纖維作為凈化室內空氣的功能性材料具有廣泛的應用遠景。另外，汞是易揮發的劇毒物質，對人體危害極大，因此汞蒸汽污染的防治是環保的重要課題。經化學處理的活性炭可以有效地脫除空氣或其他載氣中的汞蒸汽。[6]同時，活性炭法可用于測定室內外環境中氡。

煙氣脫硫脫硝

    煤炭燃燒在我國能源構成中占有很大的比例，而煤燃燒過程中排放出的SO2 和NOx(NO 和N2O)是主要的大氣污染物，所以煙氣污染是我國亟需解決的環境題目。在紛繁復雜的治理技術中，活性炭材料脫硫脫硝因其處理效果好、投資運行用度低、實現“資源化”、且易于再生利用等優點而引人注目。煙氣脫硫目前有3 種技術路線：石灰乳中和、高壓電場氧化和活性炭脫硫，其原理如下：

    Ca (OH) 2 + SO2 →CaSO3 + H2 ,

    2SO2 + O2     高壓電場或活性炭       2SO3 ，

    SO3 + H2O →H2SO4 ,

    2H2S + O2 →2S + 2H2O。

    3 種方法各有利弊，石灰乳中和法具有上馬快、易操縱的優點,但天生物為亞石膏，二次處理只能摻進做水泥，硫元素沒有很好利用；高壓電場法具有設備簡單、硫利用好，這是近年來才研究成功的方法，所得稀硫酸加氨水中和天生硫酸銨作為肥料，但硫化氫脫除有一定困難；活性炭脫硫國內外均比較成熟，而且可以脫除SO2 、H2S 和有機硫。國外大型煙氣脫硫(如電廠脫硫) 和國內化肥廠的合成氣脫硫大多采用活性炭脫硫工藝。

    在脫硝工藝中，目前研究較多的是以氨氣為還原劑的還原法，反應機理如下式：

    4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O,

    2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。

    Teng 等研究了在炭催化劑上用NH3 還原NO 的反應，反應溫度范圍為

    140-320℃。結果表明，活性炭的表面積在NH3 還原NO 的反應中起著重要的作用，隨著活性炭比表面積的增大，反應中活性炭的活性增大；O2 的預處理是活性炭表面積增大的原因；在沒有O2 存在的情況下，(Selective Catalytic Reduction, SCR)的表觀活化能為(19±2) kJ/mol，在有O2 存在的情況下，SCR的表觀活化能為(18±2) kJ/mol；NO 在低溫時是NH3 濃度的弱函數，而在較高溫度時是NH3 濃度的強函數。[1]

    關于活性炭材料的脫硫脫硝，盡管在發電、焚燒爐、FCC 催化劑再生中獲得實際應用，但是由于其脫硫脫硝工藝的差異性，完善的一體脫硫脫硝工藝還處于研究階段。此外相對較高的制造本錢也是限制活性炭材料在這一領域廣泛應用的一個重要因素。

汽車尾氣污染防治

    研究表明：汽車已經成為城市空氣的重要污染源之一，據測定，汽車燃油揮發物造成的污染占汽車總污染的30 %～40 % ，占尾氣排氣污染的60 %～70 %。燃油揮發物和排氣中的碳氫化合物在紫外線照射下會造成光煙霧污染。此外燃油的揮發既浪費了能源，也給司機和乘客帶來了不愉快的氣味。發達國家，如美、日、西歐各國早在20 世紀70 年代就用活性炭吸附的燃油蒸發控制裝置( ELCD) 來解決這一題目。我國近年來也正在進行這方面的研究開發。