Im Vergleich zu herkömmlicher Aktivkohle weisen Aktivkohlefasern offensichtliche Vorteile hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften auf. Als nanoporöses Adsorptionsmaterial weist Aktivkohlefaser eine schlanke Faserstruktur mit einem Durchmesser von etwa 20 aufμm und hohe Festigkeit und kann in verschiedene Formen (z. B. Filz, Stoff usw.) verarbeitet werden. Spezifische Oberfläche bis zu 2 000m2/g, seine Oberfläche ist hundert- oder sogar tausendmal so groß wie die von Aktivkohle, wodurch die Adsorptions- und Katalysekapazität erheblich erhöht wird; Da es sich bei seinen Poren um nanoskalige Oberflächenporen handelt (<2 nm), abundant in quantity and uniform in arrangement, which can not only reduce the diffusion resistance of gas in the adsorption process, but also easily regenerate the activated carbon fiber in the desorption process.
Aufgrund der Anreicherung von Nanoporen auf der Oberfläche der Aktivkohlefaser (Molekularsiebeffekt) können extrem niedrige SO2-Konzentrationen entfernt werden, was selbst mit dem derzeitigen Nassentschwefelungsprozess mit der höchsten Entschwefelungseffizienz nicht möglich ist kann zur Entschwefelung und Denitrierung von Kraftwerksrauchgasen verwendet werden, kann aber auch zur Verbesserung der Umwelt an belebten Kreuzungen, in Parks und anderen Orten eingesetzt werden. Darüber hinaus erfordert der Denitrierungsprozess keine Zugabe zusätzlicher Reaktanten, kann eine gleichzeitige Entschwefelung und Denitrierung erreichen und ist umfassender wirtschaftlich als Aktivkohle. Aufgrund der Vorteile des einfachen Prozesses, der fehlenden Sekundärverschmutzung und der erneuerbaren Nutzung von Ressourcen ist diese Methode zu einem Brennpunkt in der Umweltschutzforschung auf der ganzen Welt geworden.
1. Prinzip der Aktivkohlefaser-Entschwefelung
Da die Aktivkohlefaser eine im Vergleich zu herkömmlicher Aktivkohle unvergleichliche Adsorptionsleistung aufweist, bietet sie eine breite Anwendungsperspektive für die SO2-Entfernung. Das Reaktionsprinzip der kontinuierlichen Entfernung von SO2 aus Rauchgas durch Aktivkohlefasern ist in Abbildung 1 dargestellt. Nach der Adsorption an der Aktivkohlefaser wird SO2 in Gegenwart von Sauerstoff zu SO3 katalysiert. SO3 reagiert dann mit Wasserdampf im Rauchgas und bildet Schwefelsäure, die durch überschüssiges Kondenswasser auf der Aktivkohlefaser eluiert wird, wodurch die Adsorptionsstelle von SO2 frei wird und SO2 entsteht. Der Zyklus aus Adsorption, oxidativer Hydratation und Schwefelsäuredesorption läuft kontinuierlich weiter. Dadurch können nicht nur der Verlust und der Aktivitätsrückgang von Kohlenstoffmaterialien aufgrund von Verschleiß oder Regeneration vermieden werden, sondern auch die häufige Regeneration von Kohlenstoffmaterialien vermieden werden, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden.
2. Entfernung von NOx
NOx ist auch einer der Hauptstoffe der Luftverschmutzung. Die Entfernung von NOx aus Rauchgas durch NH3-Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ist weit verbreitet, und die am häufigsten verwendeten Katalysatoren sind Metalloxide, Zeolith und Aktivkohle. Um eine hohe NOx-Entfernungsrate sicherzustellen, müssen Metalloxidkatalysatoren und Zeolithkatalysatoren im Temperaturbereich von 180 bis 330 °C verwendet werdenGradBei zu hoher Temperatur wird NH oxidiert. Niedrige Temperaturen führen zu einer geringen Katalysatoraktivität. Der Nachteil des SCR-Verfahrens besteht darin, dass teilweise eine Nacherwärmung des Rauchgases erforderlich ist. Nach der Schwefelsäure-Aktivierungsbehandlung führt die auf Asphalt basierende Aktivkohlefaser eine selektive katalytische Reduktion von NOx im Rauchgas durch. Wenn der Sauerstoffgehalt im Gas weniger als 10 Prozent beträgt, wird die Aktivität der selektiven katalytischen Reduktion von NOx erheblich verbessert. I. Mochida et al. untersuchte systematisch die katalytische Leistung einer Reihe von Aktivkohlefasern auf Asphaltbasis und stellte fest, dass eine Aktivkohlefaser NO im Rauchgas bei Raumtemperatur auf weniger als 10 ml/m3 reduzieren konnte. Gleichzeitig ergab die Studie auch, dass Aktivkohlefasern nach einer Hochtemperatur-Erhitzungsbehandlung eine höhere Aktivität aufweisen.
M. Shirahama et al. geladener Harnstoff bei Raumtemperatur auf Aktivkohlefasern und entfernte NO in der reduzierenden Luft, wodurch NO von 50 auf 1 000 ml/m3 zu Stickstoff reduziert und weiter reduziert werden konnte, bis der Harnstoff vollständig verbraucht war.
3. Forschungsrichtung zur Entschwefelung von Aktivkohlefasern nicht mehr vorrätig
Im Vergleich zu anderen Entschwefelungs- und Denitrifizierungsmethoden bietet die Entschwefelung und Denitrifizierung von Aktivkohlefasern die Vorteile eines einfachen Prozesses, keiner Sekundärverschmutzung, einer erneuerbaren Nutzung von Ressourcen und einer sehr breiten Anwendungsperspektive. Es gibt jedoch viele Grundlagenforschungen zum Reaktionsmechanismus, zur Herstellung und Modifizierung von Aktivkohlefasern sowie zur gleichzeitigen Entschwefelung und Denitrierung. Darüber hinaus ist im praktischen Aspekt auch die Prozessgestaltung Gegenstand weiterer Forschung. Daher lassen sich die wichtigsten Forschungsrichtungen der zukünftigen Entschwefelung und Denitrifizierung von Aktivkohlefasern wie folgt zusammenfassen:
(1) Der interne Mechanismus der Entschwefelung und Denitrierung von Aktivkohlefasern, insbesondere die Beziehung zwischen funktionellen Oberflächengruppen und der Entschwefelungs- und Denitrierungsleistung;
(2) Modifizierungsmethode der Aktivkohlefaser;
(3) Die Wechselwirkung zwischen der Entschwefelung und Denitrifikation von Aktivkohlefasern und die Optimierung der Entschwefelungs- und Denitrifikationsbedingungen.
