原材料及活化剂对生物炭去除有机硫的影响研究

2015-12-16陆峰王盼

资源节约与环保 2015年2期

关键词：活化剂活性炭原材料

陆峰王盼

（1云南省环境科学研究院云南昆明 650028 2云南省环境工程评估中心云南昆明 650028）

原材料及活化剂对生物炭去除有机硫的影响研究

陆峰1王盼2

（1云南省环境科学研究院云南昆明 650028 2云南省环境工程评估中心云南昆明 650028）

本研究考察了不同的原材料及活化剂对生物炭去除CS2和COS的影响。研究结果表明，原材料的机械强度的影响体现在焙烧阶段，活化剂的影响体现在自身活化活性上；此外还发现活化剂与原材料的相互影响对制备出的生物炭去除CS2和COS也有较大的影响。活化剂和原材料的选择影响了孔的生成和孔径的分布。

生物炭；有机硫；脱硫；原材料；活化剂

黄磷是重要的化工原料，同时我国的黄磷产量也居世界第一。在云、贵、川、鄂等省，富含丰富的磷资源，因此磷化工是重要的支柱产业。然而黄磷尾气中不仅含有大量的CO，也含有其他的杂质，比如CS2、COS等[1-2]。其中的CO是一碳化工的原材料。这些杂质的存在不仅会造成CO的利用率低，同时也会对后续的处理造成其他影响，比如腐蚀管道等。因此有必要对其中的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这一过程，因此可以通过增强吸附剂的性能来达到提高CS2和COS去除率的目的。作为吸附剂，需要有较大的比表面积和活性吸附位点，因此碳基材料成为了优选材料。炭基材料的来源广泛，可以是木质、煤或者其他含碳量高的材料，然而受到资源和能源循环使用的限制，木质和煤作为炭材料的使用已经越来越少，取而代之的是含碳量较高的生物质废料制成的炭材料，即生物炭。

之前的研究对单一材料的制备条件进行了研究，结果表明不同的活化剂对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剂下制备出的炭材料对CS2和COS的去除效果。

1 实验

1.1 生物炭的制备

本研究中采用椰壳、核桃壳、花生壳、烟杆、竹子、污泥作为原材料，在700℃下炭化1h，然后磨细筛分至40～60目粒径，然后与活化剂（KOH、ZnCl2、H3PO4）按质量比1∶2的比例混合均匀并在700℃下活化1h，取出用蒸馏水洗至pH中性烘干即得。

1.2 实验条件

生物炭放置于立式固定床反应器中，反应温度为70℃，空速为 10000h-1，进口混合气中 CS2浓度为 20ppm，COS浓度为400ppm，用氮气作载气。

2 结果与讨论

2.1 原材料对去除CS2和COS的影响

在本实验中以6种生物废弃物材料（椰壳、核桃壳、花生壳、烟杆、竹子、污泥）作为制备生物炭的原材料，以KOH作为活化剂制备生物炭。这6种生物炭对CS2和COS的去除效果如图1、图2所示。

图1 不同原材料对CS2的去除效果（活化剂KOH）

图2 不同原材料对COS的去除效果（活化剂KOH）

2.2 活化剂对去除CS2和COS的影响

本节考察了不同活化剂对生物炭去除CS2和COS的影响，用ZnCl2和H3PO4活化后的生物炭对CS2和COS的去除效果如图3、图4、图5、图6所示。

图3 不同活化剂对CS2的去除效果（活化剂ZnCl2）

图4 不同活化剂对COS的去除效果（活化剂ZnCl2）

图5 不同活化剂对CS2的去除效果（活化剂H3PO4）

图6 不同活化剂对COS的去除效果（活化剂H3PO4）

从图3、4、5、6中可以看出，用H3PO4作活化剂的效果整体上比用KOH作活化剂的效果差。这是因为H3PO4的活化温度要求较高，较低温度下活化活性不足，造成效果降低。而用ZnCl2作活化剂时，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。这是因为ZnCl2不会和污泥中的SiO2发生反应，因此也不会造成孔的堵塞，同时以竹子制备出的生物炭本身就是以微孔为主，用ZnCl2可以增强其中孔和大孔的数量，这也是竹子生物炭去除效果上升的原因。

这个现象同时也表明了不同活化剂对不同原材料的活化效果有较大的差异。这与原材料本身的性质有关。