活性炭在燒結煙氣處理后的再生

　　活性炭由于具有較大的比表面積、發達的孔結構和豐富的官能團，具有良好的吸附性能。近年來，越來越多地應用于燒結煙氣凈化行業，如脫硫。經過一段時間的工業應用，活性炭的吸附能力無法通過解吸恢復，難以繼續使用，產生大量廢活性炭。由于吸附的物質含有二氧化硫和二惡英以及來自燒結煙氣的其他危險污染物，因此廢活性炭通常被視為危險廢物。目前處理廢活性炭的主要方式是焚燒或填埋，往往造成嚴重的二次環境污染和資源浪費。因此，廢活性炭的再生最近因其經濟、環境和能源效益而受到越來越多的關注。

　　活性炭的再生方法

　　再生主要是通過解吸分解去除吸附的污染物，恢復活性炭的吸附能力。再生技術的選擇與吸附物質的種類和特性密切相關。本次提出使用Na2CO3溶液、HF溶液和CO2連續處理的方法來再生活性炭。沉積的硫酸鹽轉化為碳酸鹽，然后去除。此外，通過CO2處理也改變了質地特性以增強吸附能力。研究了吸附-再生循環和再生條件對硫轉化率和再生效率的影響。此外，通過多種測試方法在模擬燒結煙氣下，在固定床反應器中評估再生活性炭的效率。

　　圖1：燒結煙氣處理飽和后的活性炭再生方法。

　　活性炭和危廢活性炭的區別

　　活性炭和飽和后的活性炭C含量，可以看出飽和活性炭的C含量低于活性炭，活性炭為93.62wt%，而飽和后的危廢活性炭降低到83.06wt%。S的含量從0.21wt%增加到4.96wt%，Ca、Si和Cl的含量分別為2.21、1.85和1.77wt%。這是因為吸附在活性炭上的離子在燒結煙氣凈化過程中沒有被消除，而是反應形成無機化合物沉積在活性炭上。為了了解沉積在危廢活性炭上的無機化合物的微觀結構和分布，危廢活性炭和活性炭的SEM圖像顯示在圖​2。從中可以看出​圖2a-c表明活性炭表面光滑，孔隙清晰可見。還有許多不同孔徑的圓形孔。危廢活性炭表面粗糙，孔道完全被針狀、塊狀和顆粒狀化合物覆蓋。結合SEM圖像和EDS分析，針狀化合物為CaSO4，主要分布在兩部分。CaSO4大部分在孔隙周圍，少量附著在塊狀化合物上。標有“2”的相代表嵌入活性炭孔隙中的灰色塊狀物，即SiO2。此外，活性炭表面存在少量角狀顆粒，經鑒定為KCl。CaSO4、SiO2、KCl沉積在孔隙中，導致傳質阻力增加，脫硫能力下降。

　　圖2：活性炭和危廢活性炭的SEM圖像和EDS結果。(a)危廢活性炭圖像;(b,c)活性炭圖像(1)CaSO4;(2)的SiO2;(3)KCl。

　　Na2CO3濃度對廢活性炭硫轉化率的影響

　　Na2CO3溶液濃度與硫轉化率的關系如圖​3。可以得出結論，在低Na2CO3溶液濃度下，溶液濃度的增加也增加了硫轉化率。當Na2CO3溶液濃度為0.1mol/L時，硫轉化率僅為75.02%。隨著溶液濃度繼續上升到0.5mol/L，硫的轉化率高達94.60%。這是因為溶液中擴散速率隨著溶液濃度的增加而加快，以更好地與硫酸鹽接觸，從而提高轉化效果。然而，當Na2CO3當濃度超過0.5mol/L時，硫轉化率的變化減慢，確定為最佳Na2CO3濃度。

　　圖3：Na2CO3溶液濃度與廢活性炭硫轉化率的關系(再生時間1小時，L/S=10)。

　　活化溫度對活性炭再生效率的影響

　　廢活性炭在Na2CO3溶液和HF溶液處理后具有良好的吸附性能。然而，織構特性的恢復并不顯著，廢活性炭的微孔率占總孔隙率的百分比低于活性炭。CO2活化處理可以改善廢活性炭的質構特性，提高脫硫能力。活化溫度對廢活性炭再生效率和產率的影響列于圖4。隨著活化溫度從500℃提高到800℃，再生效率從82.15%提高到110.5%，產率逐漸下降。這是因為活性炭在高溫下與CO2反應使原始碳重新活化，進一步發展了活性炭的阻塞孔隙度并產生了新的孔隙。然而，當溫度為900℃時，再生效率嚴重下降到97.35%。這可能是由于活化反應的繼續增強會導致原有的孔結構被破壞，部分微孔塌陷為中孔。

　　圖4：活化溫度對再生效率和產率的影響。

　　活性炭在燒結煙氣處理后的再生，采用了Na2CO3溶液、HF溶液和CO2的新型連續處理方法可以有效地從燒結煙氣凈化過程中再生廢活性炭。無機化合物如CaSO4和SiO2以及KCl的沉積導致活性炭失活，Na2CO3溶液可以將CaSO4轉化為CaCO3并去除水溶性化合物，如KCl。硫轉化率首先顯著增加，然后隨著Na2CO3濃度的增加變化減慢。當Na2CO3濃度為0.5mol/L時，硫轉化率自由基高達94.6%。另外在各種溶劑濃度和溫度都達到較好的水平，總體再生效率可達111%

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