原材料及活化劑對(duì)生物炭去除有機(jī)硫的影響研究

陸峰王盼

（1云南省環(huán)境科學(xué)研究院 云南昆明 650028 2云南省環(huán)境工程評(píng)估中心 云南昆明 650028）

原材料及活化劑對(duì)生物炭去除有機(jī)硫的影響研究

陸峰1王盼2

（1云南省環(huán)境科學(xué)研究院 云南昆明 650028 2云南省環(huán)境工程評(píng)估中心 云南昆明 650028）

本研究考察了不同的原材料及活化劑對(duì)生物炭去除CS2和COS的影響。研究結(jié)果表明，原材料的機(jī)械強(qiáng)度的影響體現(xiàn)在焙燒階段，活化劑的影響體現(xiàn)在自身活化活性上；此外還發(fā)現(xiàn)活化劑與原材料的相互影響對(duì)制備出的生物炭去除CS2和COS也有較大的影響。活化劑和原材料的選擇影響了孔的生成和孔徑的分布。

生物炭；有機(jī)硫；脫硫；原材料；活化劑

黃磷是重要的化工原料，同時(shí)我國(guó)的黃磷產(chǎn)量也居世界第一。在云、貴、川、鄂等省，富含豐富的磷資源，因此磷化工是重要的支柱產(chǎn)業(yè)。然而黃磷尾氣中不僅含有大量的CO，也含有其他的雜質(zhì)，比如CS2、COS等[1-2]。其中的CO是一碳化工的原材料。這些雜質(zhì)的存在不僅會(huì)造成CO的利用率低，同時(shí)也會(huì)對(duì)后續(xù)的處理造成其他影響，比如腐蝕管道等。因此有必要對(duì)其中的CS2和COS去除。

目前去除CS2和COS常用的方法是吸附法和催化水解法。由于催化水解也需要有吸附這一過程，因此可以通過增強(qiáng)吸附劑的性能來達(dá)到提高CS2和COS去除率的目的。作為吸附劑，需要有較大的比表面積和活性吸附位點(diǎn)，因此碳基材料成為了優(yōu)選材料。炭基材料的來源廣泛，可以是木質(zhì)、煤或者其他含碳量高的材料，然而受到資源和能源循環(huán)使用的限制，木質(zhì)和煤作為炭材料的使用已經(jīng)越來越少，取而代之的是含碳量較高的生物質(zhì)廢料制成的炭材料，即生物炭。

之前的研究對(duì)單一材料的制備條件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不同的活化劑對(duì)生成的炭材料的吸附性能也不相同[3-12]。因此本研究考察了不同材料在不同活化劑下制備出的炭材料對(duì)CS2和COS的去除效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 生物炭的制備

本研究中采用椰殼、核桃殼、花生殼、煙桿、竹子、污泥作為原材料，在700℃下炭化1h，然后磨細(xì)篩分至40～60目粒徑，然后與活化劑（KOH、ZnCl2、H3PO4）按質(zhì)量比1∶2的比例混合均勻并在700℃下活化1h，取出用蒸餾水洗至pH中性烘干即得。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

生物炭放置于立式固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為70℃，空速為 10000h-1，進(jìn)口混合氣中 CS2濃度為 20ppm，COS濃度為400ppm，用氮?dú)庾鬏d氣。

2 結(jié)果與討論

2.1 原材料對(duì)去除CS2和COS的影響

在本實(shí)驗(yàn)中以6種生物廢棄物材料（椰殼、核桃殼、花生殼、煙桿、竹子、污泥）作為制備生物炭的原材料，以KOH作為活化劑制備生物炭。這6種生物炭對(duì)CS2和COS的去除效果如圖1、圖2所示。

圖1 不同原材料對(duì)CS2的去除效果（活化劑KOH）

圖2 不同原材料對(duì)COS的去除效果（活化劑KOH）

2.2 活化劑對(duì)去除CS2和COS的影響

本節(jié)考察了不同活化劑對(duì)生物炭去除CS2和COS的影響，用ZnCl2和H3PO4活化后的生物炭對(duì)CS2和COS的去除效果如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 不同活化劑對(duì)CS2的去除效果（活化劑ZnCl2）

圖4 不同活化劑對(duì)COS的去除效果（活化劑ZnCl2）

圖5 不同活化劑對(duì)CS2的去除效果（活化劑H3PO4）

圖6 不同活化劑對(duì)COS的去除效果（活化劑H3PO4）

從圖3、4、5、6中可以看出，用H3PO4作活化劑的效果整體上比用KOH作活化劑的效果差。這是因?yàn)镠3PO4的活化溫度要求較高，較低溫度下活化活性不足，造成效果降低。而用ZnCl2作活化劑時(shí)，除了污泥和竹子的效果反而提高外，其他的生物炭的去除效果降低。這是因?yàn)閆nCl2不會(huì)和污泥中的SiO2發(fā)生反應(yīng)，因此也不會(huì)造成孔的堵塞，同時(shí)以竹子制備出的生物炭本身就是以微孔為主，用ZnCl2可以增強(qiáng)其中孔和大孔的數(shù)量，這也是竹子生物炭去除效果上升的原因。

這個(gè)現(xiàn)象同時(shí)也表明了不同活化劑對(duì)不同原材料的活化效果有較大的差異。這與原材料本身的性質(zhì)有關(guān)。

3 結(jié)語

本研究對(duì)不同的活化劑和原材料制備的生物炭對(duì)CS2和COS的去除效果進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，活化劑和原材料自身性質(zhì)都對(duì)制備出的生物炭的去除效果有較大影響。其單獨(dú)影響及相互影響體現(xiàn)在孔體積和孔徑分布上面。其中原材料的機(jī)械強(qiáng)度影響去除效果，活化劑與原材料的反應(yīng)也影響去除效果。

[1]侯永勝,王學(xué)謙,張潔,李成福,田森林,郜華萍.黃磷尾氣凈化及綜合利用技術(shù)進(jìn)展.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2012,37 (1):73-77.

[2]陳思忠.黃磷尾氣的凈化及綜合利用.中國(guó)資源綜合利用,2011, 29(7):31-33.

[3]范艷青,馮曉銳,陳雯,顧云峰.活性炭制備技術(shù)及發(fā)展.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),2002,27(5):18-20.

[4]趙麗媛,呂劍明,李慶利,范冠鋒,文應(yīng)財(cái).活性炭制備及應(yīng)用研究進(jìn)展.科學(xué)技術(shù)與工程,2008,8(11):2914-2919.

[5]焦其帥,胡永琪,陳瑞珍,郝宏強(qiáng),龐秀.氯化鋅活化法制備棉花秸稈活性炭的研究.河北工業(yè)科技,2010,27(4):232-235.

[6]吳曉鳳,于志明,宿可,黃志義.氫氧化鉀活化法制備楊木刨花板活性炭的研究.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,35(6):113-117.

[7]張利波,彭金輝,涂建華,張世敏,范興祥.氫氧化鉀活化煙桿制造活性炭及表征.化工進(jìn)展,2006,25(4):415-419.

[8]張利波,劉曉海,彭金輝,涂建華,張世敏,郭勝惠.微波加熱煙桿氫氧化鉀活化法制備活性炭的研究.化學(xué)與生物工程,2006,23 (2):13-15，21.

[9]章圣樣,吳邦信,楊光,蔣秀婭,李樹霞,宋立.氯化鋅活化污水污泥制備活性炭研究.環(huán)?？萍?2009,15(4):39-43.

[10]趙朔,裴勇.氯化鋅活化法制備筍殼基活性炭的工藝研究.材料導(dǎo)報(bào)B:研究篇,2012,26(2):87-90.

[11]楊儒,羅玲玲,張建春,李敏,郝新敏,張華.磷酸活化漢麻布活性炭纖維的孔結(jié)構(gòu).北京化工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2010,37(3): 51-57.

[12]左宋林,森田光博.空氣-磷酸活化木炭制備酸性顆?；钚蕴康难芯?林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2010,30(6):14-16.

陸峰（1986—），男，本科，山東人，助理工程師，主要從事環(huán)境污染治理研究。