[發(fā)明專利]表面官能團極性定向分布的活性焦制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410491072.0
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104261405A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 高繼慧;孫飛;朱玉雯;劉冬冬;吳少華;秦裕琨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C01B31/10
• 分類號: C01B31/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發(fā)明涉及一種活性焦的制備方法。

背景技術

采用活性焦的干法煙氣脫硫技術具備污染物SO₂深度脫除、可資源化利用、水資源消耗少、吸收劑可循環(huán)利用等優(yōu)點，具有優(yōu)越的發(fā)展前景。活性焦脫硫過程是利用其發(fā)達的孔隙結構及表面官能團將煙氣中SO₂、O₂、H₂O等目標氣體吸附、催化，使氣相中的SO₂轉化為H₂SO₄，以液相賦存于活性焦孔隙中，再經(jīng)H₂SO₄回收過程實現(xiàn)資源化利用及吸附劑再生。

現(xiàn)有活性焦煙氣脫硫技術面臨的一個核心問題是對賦存H₂SO₄的活性焦進行脫附再生，這是涉及硫資源回收和吸附劑循環(huán)利用的關鍵環(huán)節(jié)。研究表明，SO₂的吸附、氧化過程在微孔(<2nm)中進行，且具有吡喃酮或類吡喃酮結構的堿性含氧官能團能極大地促進SO₂的吸附；H₂SO₄的遷移和蓄積發(fā)生在中孔(2～50nm)、大孔(>50nm)內，且中孔及大孔表面羧基、酚羥基等極性官能團是H₂O的吸附中心，在“極性吸引”作用下強化H₂SO₄從微孔遷移出來。由此可得，活性焦在脫硫過程中，其內部存在著SO₂→H₂SO₄的分級賦存現(xiàn)象，即SO₂吸附轉化發(fā)生在微孔內，而副產(chǎn)物H₂SO₄賦存在中孔、大孔內。若在活性焦制備過程中有效控制孔隙結構及其表面官能團分布，則能夠強化脫硫過程SO₂→H₂SO₄反應及H₂SO₄遷移，有利于引導副產(chǎn)物H₂SO₄從孔結構中直接解吸出來，降低活性焦再生過程的能耗。

在本領域現(xiàn)階段研究中，制備脫硫活性焦的方法存在以下問題：

(1)現(xiàn)有活性焦通常采用氣體活化法制備，在活化過程中，氣體內擴散控制、氣體與碳質間的反應控制往往同時發(fā)生作用，使得活性焦內部中孔很大程度上以擴寬微孔、燒穿孔壁的方式生成，微孔結構(特別是極微孔結構)遭到破壞。

(2)氣體活化過程中，生成堿性含氧官能團數(shù)量與極微孔(<0.7nm)比表面積具有明顯的正相關關系，極微孔結構擴寬、破壞，使得表面堿性官能團數(shù)量隨之顯著降低。

(3)氣體活化溫度一般高于700℃，極性含氧官能團由于熱穩(wěn)定性差，在高溫條件下分解重組為吡喃酮類堿性官能團，活性焦中孔及大孔表面的極性官能團數(shù)量極低。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決現(xiàn)有氣體活化法制備活性焦過程中，微孔破壞導致堿性官能團數(shù)量降低，以及中孔及大孔表面極性官能團數(shù)量極低的問題，而提供表面官能團極性定向分布的活性焦制備方法。

本發(fā)明表面官能團極性定向分布的活性焦制備方法按下列步驟實現(xiàn)：

一、將弱粘結性煤破碎后進行篩分，得到煤粒；

二、在空氣流通的條件下，將步驟一得到的煤粒升溫至180℃～280℃，停留4h～10h進行空氣預氧化處理，得到預氧化處理后的煤粒；

三、在隔絕空氣的條件下，將步驟二得到的預氧化處理后的煤粒以8℃/min～15℃/min的升溫速率，升溫至700℃～800℃，停留時間為0.5h～2h，得到炭化料；

四、對步驟三得到的炭化料進行活化，首先采用水蒸氣和O₂組成的混合氣體作為活化劑，在700℃～850℃進行活化，活化至燒失率達到25％～35％得到初期活化的活性焦；

五、對步驟四得到的初期活化的活性焦，采用CO₂作為活化劑，在800℃～900℃進行活化，活化至燒失率達到50％～60％得到活性焦；

六、將步驟五得到的活性焦降溫至200℃～300℃，在空氣流通的條件下，停留2h～4h進行表面氧化處理，得到表面官能團極性定向分布的活性焦；

其中步驟四所述的混合氣體中O₂的體積百分數(shù)為0～3％。

本發(fā)明的有益效果是：