Than hoạt tính có cấu trúc lỗ chân lông phát triển cao và diện tích bề mặt cụ thể rất lớn, vì vậy nó có sự hấp phụ mạnh mẽ, cùng với bề mặt than hoạt tính chứa nhiều nhóm chức năng chứa oxy, vì vậy nó là một chất hấp phụ, chất xúc tác và chất xúc tác tuyệt vời.
1.Nguyên tắc khử lưu huỳnh than hoạt tính
Sự hấp phụ củaKích hoạtcarbon cho SO2 bao gồm hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Khi không có hơi nước và oxy trong khí sáo, hấp phụ vật lý chủ yếu xảy ra, và lượng hấp phụ nhỏ. Khi khí thải chứa đủ hơi nước và oxy, khử lưu huỳnh khí thải than hoạt tính là một quá trình hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý. Hấp phụ vật lý đầu tiên xảy ra, và sau đó xúc tác oxy hóa SO2 hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính đến H2 SO4 với sự hiện diện của nước và oxy.
2.Quá trình phản ứng khử lưu huỳnh than hoạt tính với sự hiện diện của H2O
Khử lưu huỳnh khí thải than hoạt tính khác với công nghệ khử lưu huỳnh khí thải khác. Đây là một công nghệ dựa trên lý thuyết hấp phụ vi mô truyền thống. Tuy nhiên, quá trình hấp phụ này rất khác với công nghệ lọc nước hấp phụ công nghiệp thông thường, bởi vì nó liên quan đến việc chuyển khối lượng hấp phụ nhiều thành phần, vì vậy quá trình hấp phụ của nó rất phức tạp. Với sự hiện diện của nước, ở gần bề mặt của than hoạt tính, bề mặt, lỗ, lỗ chân lông lớn và lỗ vi mô, tất cả đều có thể tạo thành nước, hơi nước, SO2-3, SO2-4 và các thành phần khác của hỗn hợp phức tạp, sự hiện diện của các phân tử này, hoặc ion và số lượng của nó, hoặc có thể thúc đẩy cải thiện hiệu suất hấp phụ, hoặc có thể là khả năng hấp phụ than hoạt tính. Sự tham gia của H2O thay đổi cơ bản cơ chế phản ứng của SO2 trên bề mặt carbon và có nhiều giả thuyết về quá trình phản ứng. Lizzio, Mochida, Cazorla-Amoros et al. tin rằng SO2 và O2 cạnh tranh cho các trang web hoạt động. Trong số ba phản ứng oxy hóa có thể xảy ra, chỉ có công thức sau đây mới có thể được thực hiện trơn tru: C - SO2 + O2 + C - SO3 + C - O, nghĩa là chỉ oxy khí mới có thể phản ứng với SO2 hấp phụ.
Tamura tin rằng các phân tử H2O, SO2 và O2 có thể được hấp thụ bởi than hoạt tính. Miễn là có một khoảng cách đủ gần giữa chúng và một cấu hình không gian nhất định, chúng có thể phản ứng trực tiếp với nhau và cuối cùng tạo ra H2 SO4. Trong mô hình lý thuyết này, phương trình oxy hóa là C - SO2 + C -- O C -- SO3 + C.
Zawadzki và cộng sự tin rằng sự tham gia của H2O đã thay đổi cơ chế phản ứng của SO2 trên bề mặt carbon và phản ứng oxy hóa không thể được thực hiện trong trường hợp không có H2O. Với sự hiện diện của H2O, các nhóm chức năng pyranone và các electron π delocalized trên bề mặt than hoạt tính phản ứng với các phân tử H2O để tạo ra H2O2, có thể oxy hóa H2 SO3 được hình thành sau khi SO2 hòa tan trong nước với H2 SO4.
Chúng tôi tin rằng với sự hiện diện của nước, số lượng các vị trí hấp phụ hiệu quả không được xác định bởi khối lượng và số lượng vi bào tử, và lý thuyết làm đầy micropore không phù hợp để khử lưu huỳnh than hoạt tính với nước, cơ chế Tamura và lý thuyết Lizzio không phù hợp với công nghệ này. Phân tích lý thuyết của Zawadzki là một lời giải thích hợp lý. Bề mặt của than hoạt tính nên tuân theo phương trình sau: SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.Nguyên tắc loại bỏ nitơ bằng than hoạt tính
Công nghệ khử cacbon hoạt tính có thể được chia thành phương pháp hấp phụ, phương pháp giảm xúc tác chọn lọc NH3 và phương pháp giảm than nóng. Phương pháp hấp phụ sử dụng cấu trúc vi mô và các nhóm chức năng của than hoạt tính để hấp phụ NOx và oxy hóa NO với phản ứng thấp với NO2 với phản ứng cao. Về cơ chế hấp phụ than hoạt tính NOx, vẫn còn sự khác biệt lớn giữa các nhà nghiên cứu. Phương pháp giảm xúc tác chọn lọc NH3 sử dụng than hoạt tính để hấp phụ NOx để giảm năng lượng kích hoạt phản ứng giữa NOx và NH3 và cải thiện tỷ lệ sử dụng NH3. Phương pháp giảm carbon nóng là sử dụng phản ứng carbon và NOx ở nhiệt độ cao để tạo ra CO2 và N2, ưu điểm là không cần chất xúc tác, carbon rắn rẻ, nguồn rộng, nhiệt được tạo ra bởi phản ứng có thể được tái chế. Tuy nhiên, các nghiên cứu động học cho thấy phản ứng giữa O2 và carbon sớm hơn so với giữa NOx và carbon, vì vậy sự hiện diện của O2 trong khí thải làm tăng mức tiêu thụ carbon.
Kết quả cho thấy sự hấp phụ của SO2 trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ hóa học và hiệu quả khử lưu huỳnh là hơn 96% với hỗn hợp SO2 có độ tinh khiết cao, không khí và hơi nước để mô phỏng khí thải công nghiệp thực tế. Hỗn hợp của NOx có độ tinh khiết cao, hơi không khí và nước được sử dụng để mô phỏng khí thải công nghiệp thực tế và sự hấp phụ của NOx bằng than hoạt tính bao gồm hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Trong điều kiện không có khí SO2 trong lưu lượng khí, hiệu quả loại bỏ nitơ của than hoạt tính cao hơn 75% khi than hoạt tính đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ động. Một hỗn hợp so2, NOx, không khí và hơi nước có độ tinh khiết cao đã được sử dụng để mô phỏng khí sáo công nghiệp thực tế. Khi SO2 và NOx có mặt trong dòng khí, khả năng hấp phụ và thời gian bão hòa hấp phụ của than hoạt tính tăng lên, trong khi hiệu quả khử lưu huỳnh, tốc độ hấp phụ và chiều dài dải hấp phụ thay đổi rất ít. Do sự thay thế NO bằng SO2, khả năng hấp phụ NOx và thời gian cân bằng hấp phụ động của than hoạt tính giảm mạnh, hiệu quả loại bỏ nitơ rất thấp, chiều dài của băng phụ NOx tăng lên và tốc độ hấp phụ giảm. Cả SO2 và NOx đều không chiếm trung tâm hấp phụ hoạt động một mình, nhưng cùng tồn tại trong trung tâm hấp phụ đang hoạt động. Than hoạt tính ưu tiên hấp phụ SO2 có chọn lọc, và NOx hấp phụ vật lý được thay thế và giải quyết bằng SO2. Chemisorbed NOx có thể thúc đẩy sự hấp phụ của than hoạt tính trên SO2. Đồng thời, SO2 cũng có thể thúc đẩy sự hấp phụ của NOx bằng than hoạt tính.
