CN111821945A

CN111821945A - 一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法

Info

Publication number: CN111821945A
Application number: CN202010648368.4A
Authority: CN
Inventors: 王哲; 冯伟豪; 陈玲; 叶伟强
Original assignee: Meier China Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Meier China Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2020-10-27

Abstract

本发明提供一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，具体步骤包括：（1）疏通活性炭孔道的步骤；（2）活性炭表面碱性物质的负载步骤；（3）活化炉升温的步骤；（4）活性炭表面碱性官能团生成的步骤；（5）冷却的步骤。本发明采用活性炭表面添加含氮官能团方案，采用包括但不仅限一种物质的碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素、氨水、氮气与活性炭表面发生改性反应，取代金属盐浸渍的传统活性炭改性方法，在活性炭表面生成碱性官能团，避免了金属盐析出堵塞活性炭孔隙以及浸渍物容易脱落污染现场环境的问题；大幅提高了活性炭对二氧化硫和硫化氢的吸附能力。

Description

一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法

技术领域

本发明涉及改性活性炭技术领域，尤其涉及一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法。

背景技术

空气污染日益严重，空气中存在大量的硫化物，如何去除空气中的硫化物，如二氧化硫和硫化氢，成为我们必然思考的问题。

活性炭是一种具有三维结构和大比表的人工材料。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级污水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。活性炭的改性是通过一些化学或者物理的方法使其表面发生一些化学反应而达到对特定物质吸附的活性核心点。

根据活性炭的吸附浓缩（效率高、吸附容量大）和热蒸汽脱附再生原理，依靠活性炭自身的吸附性能以及改性后的催化分解作用（化学稳定性）对某些有机类有害气体具有很强的去除能力，废气通过活性炭层时被炭表面存在的未平衡分子吸引力或化学键力吸附在活性炭上，同时进行化学催化和分解作用，从而达到对有害气体的净化目的。改性的活性炭可以在空气治理中选择性的吸附有害气体如NOx、SOx、甲醛等；改性活性炭的生产工艺成熟，效果可靠，因此被广泛地应用于环保、化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理。

现有技术中，在对二氧化硫和硫化氢进行处理时，往往采用物理吸附，使用水蒸汽或氢氧化钾活化的椰壳活性炭吸附二氧化硫和硫化氢；进一步的，对活性炭的改性方法，多采用金属盐浸渍的方式进行改性，然而，金属盐会在活性炭表面析出从而导致以下问题：

1、析出的金属盐堵塞活性炭孔隙，影响活性炭对气态小分子的吸附能力，进而影响二氧化硫和硫化氢的去除效果；

2、使用金属盐浸渍的改性活性炭，浸渍物容易脱落，污染现场环境，需要额外处理脱落的浸渍物；

3、金属盐浸渍的改性活性炭去除二氧化硫和硫化氢的效果不佳，需要研发一种新的活性炭改性方法，提升二氧化硫和硫化氢的去除效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，具体步骤包括：

步骤S1：疏通活性炭孔道的步骤；采用盐酸溶液清洗活性炭，去除活性炭表面的灰尘，疏通活性炭孔道，打通活性炭孔隙通道，增大活性炭比表面积；再用清水将过量的盐酸洗掉，将活性炭洗涤至中性，避免后续活性炭改性过程中耗费更多的改性剂；

步骤S2：活性炭表面碱性物质的负载步骤；将活性炭按一定比例与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的一种或多种混合溶液进行浸渍处理。

所述比例如：

活性炭与碳酸氢氨的比例为1:0.5，或1：1，或1:2，或1:3；

活性炭与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素4种混合液的比例为1:0.5，或1：1，或1:2，或1:3；

活性炭与碳酸氢氨、氯化氨2种混合液的比例为1:0.5，或1：1，或1:2，或1:3；

活性炭与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、3种混合液的比例为1:0.5，或1：1，或1:2，或1:3；

浸渍溶液以饱和溶液为益，每克活性炭的浸溶液量应大于1.2毫升，浸渍过程应当进行均匀化处理。较佳的，均匀化处理包括进行震荡、搅拌等处理工艺。

步骤S3：活化炉升温的步骤；将经步骤S2处理后的活性炭置入活化炉内升温加热，进一步的，活化炉为管式炉。较佳的，将管式炉升温至800-900℃，较佳的，将管式炉升温至820-880℃；

浸渍过程伴随着均匀化处理步骤，保证浸渍充分。

步骤S4：活性炭表面碱性官能团生成的步骤；向活化炉内通入氯化氨、氨水、尿素混合气氛和氮气气氛，氯化氨、氨水、尿素气氛呈碱性，同时，易挥发生成氨气，使氨气在氮气气氛的保护下与活性炭表面发生反应，生成碱性官能团，达到活性炭改性的目的，使其可以吸附特定的物质；反应完毕后断开氨水供应，排除过量氨气；

步骤S5：冷却的步骤；通过喷淋液态水或氮气气氛吹扫使活性炭自然冷却，便于改性活性炭投入使用。

还包括步骤S6；活性炭冷却后可采用抽真空处理并进行真空包装，避免空气污染，提高活性炭的客户现场使用效果。

进一步的，步骤S1还包括疏通活性炭孔隙的步骤；首先，采用水浸渍活性炭，对活性炭及浸渍水进行震荡，疏通孔隙；然后，使用盐酸对活性炭进行清洗，打开活性炭孔道。

进一步的，步骤S1疏通活性炭孔隙的步骤，用过量纯水浸渍后，采用超声波震荡进一步疏通孔隙，清除活性炭不必要渣滓。

步骤S1还包括去除表面大颗粒水滴的步骤；首先，去除表面的大颗粒水滴，防止因盐酸溶液清洗导致的活性炭粘连。

步骤S1所述的盐酸溶液浓度为2-10%；较佳的，盐酸溶液浓度为2-10%，采用过量的2-10%的盐酸溶液清洗活性炭，使活性炭表面被盐酸腐蚀，从而使活性炭表面具有丰富的孔隙结构，增大活性炭的比表面积。

步骤S2所述的碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素溶液浓度为饱和溶液；较佳的，碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的混合比例为等体积混合为益。

步骤S3活化炉升温的步骤，以5-15℃/min的速率阶段性升温至800-900℃；优选地，管式炉以5-20℃/min的速率阶段性升温至820-880℃，阶段性升温便于控制炉内温度，使管式炉内尽快且准确地达到820-880℃的标准温度。过快的升温速度不利于活性炭的均匀受热容易造成局部活性炭反应不够充分产品性质不达标，同时会对管式活化炉的寿命降低。

步骤S4所述的氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛中一种或每种物质的气氛浓度为1500-2500μg/m³；优选地，氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽中一种或每种物质的气氛浓度为1700-2300μg/m³，使活性炭可以与氯化氨、氨水、尿素溶液挥发产生的蒸汽充分反应，生成大量的碱性官能团。

优选地，步骤S4所述的氮气气氛在活性炭表面流动，流经活性炭表面的氮气气氛流速保持在200~300ml/min，氮气是惰性气体，作为阻燃剂使用，保护活性炭在管式炉内不被烧蚀。氮气气氛可以：1、排除活化炉内的氧气，减少活性炭的烧失2、使得活性炭表面的含氧官能团减少，降低活性炭的吸湿，提活性炭高疏水性从而提升对酸性气体的吸附能力。3、良好的氮气流速可以促进化学反应正向进行，促进活性炭表面官能团的产生，从而提高碱性官能团含量。

优选地，步骤S3所述的反应过程中温度为820-880℃，保温1-5小时，保证氯化氨、氨水、尿素溶液挥发产生的蒸汽与活性炭充分反应，形成碱性官能团。

优选地，步骤S5所述的断开氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛中一种或每种物质气氛供应后，活性炭在氮气气氛吹扫条件下热烘1小时，排除过量蒸汽，氮气吹扫前/后对活化炉进行抽真空处理，将过量的挥发性氨释气排出，然后再利用氮气为活化炉卸真空，反复2次再配合热烘条件下氮气吹扫，可基本去除过量的氨水释气，避免过滤器产生氨水释气。

优选地，喷淋使用的液态水的质量相当于活性炭质量的2-10%，保证液态水蒸发干净，保持活性炭的干燥，避免影响吸附效果。

优选地，所述活性炭为水蒸气活化或氢氧化钾活化的椰壳活性炭，椰壳活性炭归于果壳活性炭类别，其主要特点是密度小、手感轻，比表面积大，具有足够的孔隙结构，方便吸附和发生改性反应。

进一步的，步骤S4活性炭表面碱性官能团生成的步骤中，氮气流速控制在400ml/min以下；氨水在受热状态下会急速挥发呈蒸汽态，由此产生极大的蒸汽压力，活化改性时应当适当调小氮气流速甚至关闭氮气以及保持正常的泄压通道，确保生产安全。

步骤S5冷却的步骤中，改性过程中过量的氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛中一种或每种物质的气氛伴随氮气吹扫排除活化炉时，对于活化炉中过量的混合气氛采用液态水进行水洗吸收，吸收后产生的氨水可进行二次利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛在800℃-900℃高温下与活性炭表面发生反应，取代金属盐浸渍的传统活性炭改性方法，在活性炭表面生成碱性官能团，实现对酸性气体的吸附；

2、采用氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛在800℃-900℃高温下与活性炭表面发生反应，取代金属盐浸渍的传统活性炭改性方法，避免了金属盐析出堵塞活性炭孔隙以及浸渍物容易脱落污染现场环境的问题；

3、在活性炭改性过程中通入氮气气氛作为保护气体，防止活性炭在改性过程中被烧蚀，降低活性炭在改性处理过程中的损耗；

4、冷却过程中喷淋的水的质量较少，可以在冷却过程中蒸发掉，防止增大活性炭的湿度，影响吸附能力；

5、活性炭表面生成碱性官能团，大幅提高了活性炭对二氧化硫和硫化氢的吸附能力。

附图说明

图1为本发明实施例1的步骤流程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

实施例1：请参见图1，一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，具体步骤包括：

步骤S2：活性炭表面碱性物质的负载步骤；将活性炭按每克活性炭的浸溶液应1.2毫升比例与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的多种混合溶液进行浸渍处理。浸渍溶液的浓度为常温常压下的饱和溶液，浸渍过程应当进行均匀化处理。较佳的所述均匀化处理包括进行震荡、搅拌等处理工艺。

步骤S3：活化炉升温的步骤；将管式炉升温至800℃-900℃；

步骤S4：活性炭表面碱性官能团生成的步骤；向管式炉内通入氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛和氮气气氛，氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽气氛呈碱性，同时，易挥发生成氨气，使氨气在氮气气氛的保护下与活性炭表面发生反应，生成碱性官能团，达到活性炭改性的目的，使其可以吸附特定的物质；反应完毕后断开氨水供应，排除过量氨气；

具体的，盐酸溶液浓度为2-10%，采用过量的2-10%的盐酸溶液清洗活性炭，使活性炭表面被盐酸腐蚀，从而使活性炭表面具有丰富的孔隙结构，增大活性炭的比表面积。

具体的，管式炉以5-20℃/min的速率阶段性升温至800-900℃，阶段性升温便于控制炉内温度，使管式炉内尽快且准确地达到800-900℃的标准温度。

具体的，氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽浓度为1500-2500μg/m³，使活性炭可以与挥发产生的氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽充分反应，生成大量的碱性官能团。

具体的，步骤S3所述的氮气气氛在活性炭表面流动，流经活性炭表面的氮气气氛流速保持在200~300ml/min，氮气是惰性气体，作为阻燃剂使用，保护活性炭在管式炉内不被烧蚀。

具体的，步骤S3所述的反应过程中温度为800-900℃，保温1-5小时，保证氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽与活性炭充分反应，形成碱性官能团。

具体的，步骤S3所述的断开氯化氨、氨水、尿素混合蒸汽供应后，活性炭在氮气气氛吹扫条件下热烘1小时，排除过量氨气，避免过滤器产生含氮释气。

具体的，喷淋使用的液态水的质量相当于活性炭质量的2-10%，保证液态水蒸发干净，保持活性炭的干燥，避免影响吸附效果。

具体的，所述活性炭为水蒸气活化或氢氧化钾活化的椰壳活性炭，椰壳活性炭归于果壳活性炭类别，其主要特点是密度小、手感轻，比表面积大，具有足够的孔隙结构，方便吸附和发生改性反应。

具体的，本方法生产的改性活性炭用于过滤器中，利用孔隙结构吸附气态小分子，利用表面的碱性官能团催化分解二氧化硫和硫化氢气体，从而达到净化空气的目的。

实施例2：一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，包括如下步骤：

步骤S1：疏通活性炭孔道的步骤；采用盐酸溶液清洗活性炭，去除活性炭表面的灰尘，疏通活性炭孔道，再用清水将活性炭洗涤至中性；

步骤S2：活性炭表面碱性物质的负载步骤；；将活性炭按一定比例与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的一种或多种混合溶液进行浸渍处理。浸渍溶液以饱和溶液为益，每克活性炭的浸溶液量应大于1.2毫升，浸渍过程应当进行均匀化处理，均匀化处理包括进行震荡、搅拌等处理工艺。

步骤S3：活化炉升温的步骤；将经步骤S1处理后的活性炭置入活化炉内升温加热；

步骤S4：活性炭表面碱性官能团生成的步骤；向活化炉内通入氨水气氛和氮气气氛，使氨水气氛在氮气气氛的保护下与活性炭表面发生反应，生成碱性官能团，反应完毕后断开氨水供应；

步骤S5：冷却的步骤；通过喷淋液态水或氮气气氛吹扫使活性炭自然冷却。

进一步的，步骤S1还包括疏通活性炭孔隙的步骤，首先，采用水浸渍活性炭，对活性炭及浸渍水进行震荡，疏通孔隙；然后，使用盐酸对活性炭进行清洗，打开活性炭孔道。

进一步的，步骤S2在活性炭表面覆盖过量的含氮物质。

进一步的，还包括步骤S5真空包装的步骤，活性炭冷却后采用抽真空处理并进行真空包装，避免空气污染，提高活性炭的客户现场使用效果。

进一步的，步骤S3还包括去除表面大颗粒水滴的步骤；首先，去除表面的大颗粒水滴，防止因盐酸溶液清洗导致的活性炭粘连。

进一步的，步骤S1所述的盐酸溶液浓度为2-10%；步骤S2活化炉升温的步骤，以5-15℃/min的速率阶段性升温至800-900℃；步骤S3所述的氨水气氛浓度为1500-2500μg/m³；氮气气氛在活性炭表面流动，流经活性炭表面的氮气气氛流速保持在200~300ml/min。反应过程中温度为800-900℃，保温时间1-5小时。

进一步的，步骤S3所述的断开氯化氨、氨水、尿素气氛供应后，活性炭在氮气气氛吹扫条件下热烘1-3小时，排除过量反应气体。

进一步的，步骤S5使用的液态水的质量相当于活性炭质量的2-10%。

进一步的，所述活性炭为水蒸气活化或氢氧化钾活化的椰壳活性炭。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤S2：活性炭表面碱性物质的负载步骤；将活性炭按比例与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的一种或多种混合溶液进行浸渍处理;

步骤S3：活化炉升温的步骤；将经步骤S2处理后的活性炭置入活化炉内升温加热；

步骤S4：活性炭表面碱性官能团生成的步骤；向活化炉内通入氯化氨、氨水、尿素的混合蒸汽气氛和氮气气氛，使氯化氨、氨水、尿素的混合蒸汽气氛在氮气气氛的保护下与活性炭表面发生反应，结合浸渍的碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素等含氮物质生成碱性官能团，反应完毕后断开氯化氨、氨水、尿素的混合气氛供应；

步骤S5：冷却的步骤；通过喷淋液态水或氮气或氦气等惰性气体气氛吹扫使活性炭自然冷却。

2.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：

步骤S1还包括疏通活性炭孔隙的步骤，首先，采用水浸渍活性炭，对活性炭及浸渍水进行震荡，疏通孔隙；然后，使用盐酸对活性炭进行清洗，打开活性炭孔道。

3.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：步骤S1疏通活性炭孔隙的步骤，用过量纯水浸渍后，采用超声波震荡进一步疏通孔隙，清除活性炭不必要渣滓。

4.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：还包括步骤S6真空包装的步骤，活性炭冷却后采用抽真空处理并进行真空包装，避免空气污染，提高活性炭的客户现场使用效果。

5.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：步骤S2还包括去除表面大颗粒水滴的步骤；首先，去除表面的大颗粒水滴，防止因盐酸溶液清洗导致的活性炭粘连。

6.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：

步骤S1所述的盐酸溶液浓度为2-10%；

步骤S2：所述活性炭浸渍的步骤；将活性炭按比例与碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素的一种或多种混合溶液进行浸渍处理；浸渍溶液的浓度为常温常压下的饱和溶液，每克活性炭的浸溶液大于1.2毫升，浸渍过程进行均匀化处理；

步骤S3活化炉升温的步骤，以5-15℃/min的速率阶段性升温至800-900℃；

步骤S4所述的氯化氨、氨水、尿素蒸汽气氛浓度为1500-2500μg/m³；氮气气氛在活性炭表面流动，流经活性炭表面的氮气气氛流速保持在200~300ml/min，

反应过程中温度为800-900℃，保温时间1-5小时。

7.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：步骤S4所述的断开氯化氨、氨水、尿素蒸汽供应后，活性炭在氮气气氛吹扫条件下热烘1-3小时，排除过量混合蒸汽。

8.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：步骤S2使用的碳酸氢氨、氯化氨、三聚氰胺、尿素溶液为饱和溶液，按比例混合；步骤S5使用的液态水的质量相当于活性炭质量的2-10%。

9.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：所述活性炭为水蒸气活化或氢氧化钾活化的椰壳活性炭。

10.如权利要求1所述的去除空气中二氧化硫和硫化氢气体的活性炭改性方法，其特征在于：步骤S4活性炭表面碱性官能团生成的步骤中，氮气流速控制在400ml/ min以下；步骤S5冷却的步骤中，对于活化炉中过量的氯化氨、氨水、尿素的混合蒸汽采用液态水进行水洗吸收，吸收后产生的混合蒸汽进行二次利用。