活性炭は高度に発達した細孔構造と巨大な比表面積を有するため、活性炭の表面と相まって複数の酸素含有官能基を含む強力な吸着を有するので、優れた吸着剤、触媒および触媒担体である。
1.活性炭脱硫の原理
の吸着アクティブSO2用炭素は、物理的吸着および化学的吸着を含む。排煙ガス中に水蒸気や酸素が無いと、主に物理的吸着が発生し、吸着量が少ない。煙道ガスに十分な水蒸気と酸素が含まれている場合、活性炭排煙ガス脱硫は、化学的吸着と物理的吸着の両方のプロセスである。物理的吸着が最初に起こり、次に水と酸素の存在下で活性炭の表面に吸着したSO2の触媒酸化をH2 SO4にする。
2.H2Oの存在下での活性炭脱硫反応プロセス
活性炭排煙ガス脱硫は他の排煙ガス脱硫技術とは異なる。従来の微小多孔吸着理論に基づく技術です。しかし、この吸着プロセスは、一般的な工業吸着水浄化技術とは大きく異なり、多成分材料吸着量移動を伴うので、その吸着プロセスは非常に複雑である。水の存在下では、活性炭の表面近傍において、表面、孔、大きな細孔およびマイクロホールで、すべての複合体混合物の水、蒸気、SO2、SO2-3、SO2-4、および他の成分を形成することができ、これらの分子の存在、またはイオンおよびその量、または吸着の性能の向上を促進することができ、 または活性炭吸着能を可能にする。H2Oの参加は、炭素表面上のSO2の反応機構を根本的に変化させ、反応過程に関する多くの仮説がある。リツィオ、モチダ、カソルラ・アモロスらは、SO2とO2がアクティブサイトを競っていると信じていた。3つの可能な酸化反応のうち、次の式のみがスムーズに行うことができます:C - SO2 +O2 +C -- SO3 +C -- O、すなわち、吸着されたSO2と反応できるのは気体酸素だけです。
田村は、H2O、SO2、O2分子が活性炭によって吸収できると信じていました。両者と特定の空間構成の間に十分近い距離がある限り、それらは互いに直接反応し、最終的にH2 SO4を生成することができます。この理論モデルでは、酸化方程式はC -SO2 +C -- O C -- SO3 +Cである。
ザワジキらの参加は、炭素表面上のSO2の反応機構を変化させ、かつH2Oの不在下では酸化反応を行えないと考えた。H2Oの存在下では、活性炭の表面上のピラノン官能基および非局在π電子はH2O分子と反応してH2O2を生成し、SO2がH2 SO4に水に溶解した後に形成されたH2 SO3を酸化することができる。
水の存在下では、有効吸着部位の数は微小孔の量や数によって決まらず、水溶出による活性炭脱硫には適さないと考えており、田村機構やリツィオ理論はこの技術には適していません。ザワジキの理論分析は合理的な説明です。活性炭の表面は、次の式に従う必要があります: SO2 ·H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.活性炭による窒素除去原理
活性炭脱窒技術は吸着法、NH3選択的触媒還元法及びホットカーボン還元法に分けることができる。吸着法は、活性炭の微多孔構造と官能基をNOxに吸着し、反応性の低いNOをNO2に高反応性で酸化する。活性炭吸着NOxのメカニズムについては、研究者間に大きな違いがあります。 NH3選択的触媒還元法は、NOxを吸引するために活性炭を使用してNOxとNH3の反応の活性化エネルギーを低減し、NH3の利用率を向上させます。高温炭素還元法は、炭素とNOx反応を高温で使用してCO2やN2を生成し、触媒を必要としない利点があり、固体炭素が安価で、広いソース、反応により発生する熱を再利用することができる。しかし、運動論的研究では、O2と炭素の反応がNOxと炭素の間の反応よりも早く、排ガス中のO2の存在が炭素の消費を増加させる。
この結果、活性炭に対するSO2の吸着は主に化学吸着であり、脱硫効率は、高純度SO2、空気、水蒸気を混合して実際の工業用排煙ガスをシミュレートして96%以上である。高純度NOx、空気、水蒸気の混合物は、実際の工業用排煙ガスをシミュレートするために使用され、活性炭によるNOxの吸着には物理的吸着と化学的吸着が含まれます。ガス流にSO2ガスが無い条件下では、活性炭が動的吸着平衡に達すると活性炭の窒素除去効率が75%より高くなる。高純度SO2、NOx、空気、水蒸気の混合物を使用して、実際の産業用排煙ガスをシミュレートしました。ガス流にSO2及びNOxが存在した場合、活性炭の吸着能力と吸着飽和時間が増加し、脱硫効率、吸着速度及び吸着バンド長はほとんど変化しない。SO2によるNOの置き換えにより、活性炭のNOx吸着能力と動的吸着平衡時間が急激に低下し、窒素除去効率が非常に低くなり、NOx吸着バンドの長さが長くなり、吸着速度が低下します。SO2もNOxも活性吸着中心を単独で占めるが、活性吸着中心には共存している。活性炭は選択的にSO2を優先的に吸着し、かつ、物理的吸着のNOxをSO2によって置換および分解する。化学吸着NOxは、SO2上で活性炭の吸着を促進することができる。同時に、SO2は活性炭によるNOxの吸着を促進することもできる。
