烟气脱硫脱硝活性炭的研究进展（二）煤质柱状活性炭

烟气脱硫脱硝活性炭的研究进展（二）煤质柱状活性炭

2、脱硫脱硝活性炭的制备及强度优化

2.1制备方法

就生产活性炭的原材料来说，煤质和木质的活性炭较为常见。工业烟气净化所需的活性炭量较大，常用烟煤、褐煤等廉价易得的材料制备活性炭。一些农业废弃物如废茶、核桃壳、松子壳等也可以作为活性炭的原材料。

活性炭的制备方法主要包括预处理、成型、碳化、活化四步。原料的预处理包括脱灰和预氧化。脱灰过程可丰富活性炭的孔结构，提高吸附性能，但成本较高。预氧化处理可降低活化温度，提高吸附性能和产率。成型方法主要有两种：碳质前躯体直接碳化和粉状活性炭人工成型。如：将松子壳直接于350~600℃下炭化，筛分出粒度10mm的炭化料使用水蒸气在750~900℃下活化，得到活性炭的碘吸附值高达950mg/g。此种前驱体直接炭化成型的方法制备的活性炭，虽然可以获得高的比表面积及吸附性能，但是高温活化过程容易造成成型颗粒结构的坍塌和机械强度的降低。

以粉状白酒糟活化炭为原料，以羧甲基纤维素(CMC)为增稠剂、煤焦油和酒糟活性炭灰分碱处理溶出液来粘结成型，4MPa成型压力下制得的成型活性炭碘吸附能力在600mg/g以上，经500~800热处理，侧压强度保持在120N/cm以上。近年来化学自成型法逐渐被广泛研究，即使用磷酸或氯化锌等脱水剂作用于木质活性炭，使木质素或纤维素进行水解、脱水、缩合等反应，直接生成具有一定比表面积的活性炭。使用50%的磷酸浸渍杉木屑，溶胀后捏合成型，于450℃下保温1h直接制得比表面积在1600m2/g以上的活性炭。自成型法需耗费大量的脱水剂，成本较高，且一般以天然植物为原料，经炭化和活化后主要转化为较为疏松的无定形炭，机械强度较差，强度太低容易使活性炭在运输过程中粉尘化，不适合大批量的工业应用。

2.2机械强度优化

将活性炭进行大规模的工业应用，对强度的要求是必不可少的。活性炭厂家选取了几种来自不同产地的市场上常见的活性炭，研究发现煤质活性炭的机械强度明显优于椰壳活性炭。以土耳其沥青质(含40%灰分)为碳源，经高温加压膨胀预炭化和三步升温炭化，制备了平均孔径150μm的泡沫碳，其密度为800kg/m3，经1323K炭化后，抗压强度由沥青原材料的10MPa提高到了18MPa，沥青中高含量的灰分为泡沫碳的机械强度提供了支持。将其与煤质、煤焦油沥青质、石油沥青质以及三井公司的AR沥青质泡沫碳(萘经过催化聚合得到)进行了密度和抗压强度的对比，此四种碳材料密度分别在160~800、560~670、340和200~600kg·m-3，相应的抗压强度分别为2.5~18.7、8~18.2、3.9和1~4MPa。

发达的孔隙结构会导致碳骨架脆弱，机械强度降低。目前工业上主要使用粉末状原料通过添加粘结剂经挤压成型，高温炭化制得所需形状的活性炭。此方法主要通过添加粘结剂来达到成型和强度要求，关键在于粘结剂的选择和炭化活化工艺条件的控制。无机粘结剂容易提高活性炭的强度，但是添加过多容易导致比表面积的降低，降低脱硫脱硝性能。而有机粘结剂在后续煅烧过程中碳化变为疏松的无定型碳，对机械强度的提高程度有限。华康活性炭厂家发现椰壳活性炭的抗压强度很难达到5MPa以上，而焦油活性炭则比较容易，以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为增塑剂，通过混合、成型硬化及900℃炭化处理，发现高的成型压力下得到的活性炭的抗压强度也相应的较高，在400MPa的成型压力下，焦油活性炭的抗压强度可达到6.02MPa(密度0.55g·cm-3)，而相应的椰壳活性炭的抗压强度为其比表面积为4.50MPa(密度0.59g·cm-3)。

以太西煤为原料，添加了15%的天然粘结剂NPA，200kN成型压力下成型，经炭化和水蒸气活化制得活性炭，800℃下活化，当活化时间由90min延长至180min时，活性炭的机械强度由93.04%减小到88.32%。使用陕西榆林废弃的半焦，以煤焦油为粘结剂，经600℃碳化，800℃下使用CO2活化制备了耐压强度在11.21MPa的柱状活性焦，相应的平均脱硫率达到90%。