[发明专利]有序分级孔碳材料的烟气脱硫再生方法

说明书

本发明公开有序分级孔碳材料的烟气脱硫再生方法，以酚醛树脂和三嵌段共聚物为原料准备多孔聚合物，再以氮气和氨气进行活化，得到微孔—中孔分级碳结构，应用于烟气脱硫技术中，可有效提高活性炭硫容量，副产物H₂SO₄更易从孔结构中析出，采用水洗法可使80％以上的H₂SO₄析出，远高于现有水洗再生效率。由于避免了H₂SO₄和碳的高温反应，再生过程几乎没有碳损耗。

技术领域

本发明技术属于碳材料技术领域，更加具体地说，涉及有序分级孔碳材料的烟气脱硫再生方法。

背景技术

活性炭烟气脱硫技术由于同时具备污染物SO₂可资源化利用、水资源消耗少、无二次污染、吸收剂可无害化循环利用等优点，受到国内外研究者重视。其基本原理是利用发达的微孔孔隙将烟气中SO₂、O₂、H₂O等气体吸附、催化，使SO₂转化为H₂SO₄，并迁移、赋存于中孔和大孔内，空出微孔及其活性位点，持续吸附SO₂。因此，性能优异的脱硫活性炭应同时具有：极其发达的微孔及化学活性，以强化SO₂吸附及催化氧化过程；通达的中孔结构，以有利于气体分子的扩散和副产物H₂SO₄的迁移及赋存。

现阶段活性炭脱硫技术SO₂吸附-转化-H₂SO₄回收过程的能耗、物耗较高，主要体现在吸附质H₂SO₄的回收过程，这也是污染物资源化和吸附剂循环利用的关键环节。目前，普遍采用热再生技术，吸附质H₂SO₄通过2H₂SO₄+C→2SO₂+CO₂+2H₂O反应，以SO₂气体形式溢出；SO₂再次富集、浓缩、催化氧化生成硫酸，才能最终完成副产物的回收。这直接导致活性炭脱硫技术系统复杂、成本高昂，同时，H₂SO₄热解析也是吸附剂碳损耗和活性衰减的关键因素。脱硫活性炭性能及其烟气净化技术存在的具体问题：

(1)制备脱硫活性炭通常采用煤炭作为原料，原料本身结构具有无序性和复杂性，这决定了形成活性炭的孔隙结构无序且复杂：孔形具有狭缝形、锥形及裂缝等，很难调节孔道的形貌；孔结构包括交联孔、盲孔和闭孔等，很难控制微孔和中孔的连通。因此，错综的孔结构难以提供吸附质扩散和H₂SO₄从微孔向中孔迁移的物理通道。

(2)活性炭孔结构表面官能团类型、数量，特别是官能团的分布，难以得到有效控制。目前主要采用水蒸气、CO₂和烟道气作为活化气体，可形成吡喃酮或类吡喃酮结构的碱性含氧官能团和极少量的羧基、酚羟基等极性含氧官能团。孔隙表面无序分布的活性位点，无法提供H₂SO₄从微孔到中孔的迁移动力，使H₂SO₄阻塞微孔降低活性炭吸附SO₂的能力；赋存的H₂SO₄难以迁移至外表面，致使热再生过程消耗碳结构，提高了物耗。