XIE Xin-ping，JIANG Jian-chun，SUN Kang，LU Xin-cheng
（ Institute of Chemical Industry of Forest Products，CAF； National Engineering Lab． for Biomass Chemical Utilization； Key and Open Lab． of Forest Chemical Engineering，SFA； Key Lab． of Biomass Energy and Material，Jiangsu Province，Nanjing 210042，China）
Kim 等［18］研究指出，活性炭对氮氧化物和硫氧化物尤其是带有甲基的含硫化合物比活性氧化铝 表现出更高的吸附能力和选择性，他指出氢键的存在对活性炭脱硫脱硝起着关键性的作用。刘志国 等［19］认为，活性炭吸附是物理吸附、化学吸附和水溶解综合作用的结果。SO2 必须先经过物理吸附 才 能 进 行 化 学 吸 附 ，物 理 吸 附 量 的 减 少 会 导 致 反 应 介 质 减 少 ，从 而 限 制 化 学 反 应 速 率 。 张 鹏 宇［20］ 研 究发现，当 SO2 和 NO 同时存在时，SO2 和 NO 相互竞争吸附位。根据吸附理论，SO2 的分子直径、沸 点、偶极矩等都大于 NO 的，SO2 要优先吸附，影响了 NO 向 NO2 的转变，并且在吸附的 SO2 和形成的 NO2 之间存在一种相互 作 用，形 成 吸 附 态 中 间 产 物 ［（ NO2 ） （ SO3 ） ］，在 水 的 作 用 下 形 成 H2 SO4 和 HNO3 ，并释放出 NO 对活性炭纤维脱硫有好处。唐强［21］对 SO2 和 NOX 在活性炭上竞争吸附的机理 进行了深入的研究。结果表明，SO2 和 NOX 共同存在于活性吸附中心。活性炭优先选择性吸附 SO2 ， 物理吸附的 NOX 被 SO2 置换解析，化学吸附的 NOX 能够促进活性炭对 SO2 的吸附，同时 SO2 也能够 促进活性炭对 NOX 的吸附。
Abstract： Smoke contained a great deal of sulfur，nitrogen oxides and carbon dioxide which are generated during the use of fossil fuels． They could lead to acid rain and green house effect． As an effective adsorbent，activated carbon will play an increasingly important role in desulfurization and denitration． The adsorption properties of activated carbon depend on both pore structure and its surface chemical characteristics． In this paper，mechanism of desulfurization and denitration with activated carbon is introduced，and research status both at home and abroad is reviewed． Moreover，the type and modification of activated carbon are systematically summarized． Key words： activated carbon； desulfurization； denitration
袁婉丽等［23］用锯末制取高机械强度的生物质颗粒活性炭，研究了工作温度对其脱硫脱硝性能的影 响。研究发现，70 ℃ 条件下，2 h 以内锯末活性炭的脱硝效率可保持 80 % 以上，脱硫效率保持 90 % 以 上； 温度升高时脱除效率下降快，饱和失效较快。
活性炭纤维（ ACF） 是一种高效、多功能的新型吸附材料，具有比表面积大、孔径小且分布孔数量丰富（ 微孔体积占总孔体积 90 % 以上［25］） ，排列均 匀，不仅在吸附过程中能减少气体的扩散阻力，而且在脱附过程中容易再生。ACF 脱硝过程不需要额 外反应物［26］，综合经济性优于传统活性炭（ 颗粒炭与粉炭） 。
工业化的快速发展促进了社会科技进步高速发展，然而人类在享受着科技成果的同时，也在承受着 化石燃料所导致的各种环境污染问题。二氧化硫和氮氧化物的排放是大气污染的主要来源，是形成酸 雨的主要物质，对人类的生存和生活产生严重影响。据第一次全国污染源普查报告统计，全国废气主要 污染物 2007 年排放总量： 二氧化硫排放总量 2320． 00 万 t，氮氧化物排放总量 1797． 70 万 t。近年来，环 境质量问题越来越受到大众的关注，为了实现可持续发展，我国已不断加强对燃煤设施二氧化硫和氮氧 化物排放量的控制［1］。活 性 炭 吸 附 法 脱 硫 脱 硝 效 率 高、投 资 小、操 作 温 度 低、活 性 炭 经 再 生 可 反 复 使 用，并且能够从中回收硫资源，被认为是一种最有发展前景的脱硫脱硝技术［2］。
然而，ACF 脱硝的内在反应机理尚不清楚［30］，主要有两种理论。一是将 NO 氧化成 NO2 ，再通过水 形成硝酸，最后用碱液吸收实现脱除。另一种是利用还原剂（ 如 NH3 、C 等） 将 NO 还原成 N2 。虽然 ACF 价格比普通活性炭高，但由于其性能的大幅度提高可以大大减少炭材料用量、降低运行成本。而 且随着活性碳纤维在各行业中应用的日益普及，大规模生产的必然性将导致其价格的不断下调。
第 46 卷第 1 期 2012 年 1 月
生物质化学工程 Biomass Chemical Engineering
Vol． 46 No． 1 Jan． 2012
·综述评论———生物质材料·
脱硫脱硝用活性炭研究进展
谢新苹，蒋剑春* ，孙 康，卢辛成
（ 中国林业科学研究院 林产化学工业研究所； 生物质化学利用国家工程实验室； 国家林业局 林产化学工程 重点开放性实验室； 江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏 南京 210042）
第1 期
谢新苹，等： 脱硫脱硝用活性炭研究进展
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3 脱硫脱硝用活性炭的改性研究
活性炭的吸附和催化性能与其孔隙结构、表面官能团的种类和数量等密切相关，然而普通活性炭孔 容和比表面积小、灰分高、吸附性能差［31］，可以通过一些试剂或方法处理改变其孔隙结构或孔径分布， 或者在活性炭表面引入或去除某些官能团以改变表面酸碱性，提高活性炭脱硫脱硝性能［32］。
2 活性炭类型对脱硫脱硝的影响
活性炭按照形状的不同可以划分为颗粒炭、粉炭和活性炭纤维（ ACF） 等。蒋剑春等［22］在 《活性炭 应用理论与技术》中指出，目前活性炭脱硫剂主要是颗粒活性炭，但存在吸附硫容有限、流体力学性能 不佳、易掉渣等缺点，开发经济高效、填充性能好的活性炭材料就成为推动活性炭法脱硫技术向前发展 的关键。
Teng 等［33］在活性炭上加 NH3 还原 NO，研究发现，在 140 ～ 320 ℃ 范围内，活性炭的催化性能随着 比表面积的增大而增大。Rubio 等［34］研究发现，活性炭脱硫性能不仅仅取决于其比表面积，而且与活性 炭表面含氧官能团的类型和数量密切相关。 3． 1 物理法改性 3． 1． 1 微波辐射与热处理改性 微波辐射和热处理改性，分别通过调节微波功率、辐射时间和加热处 理来定向控制活性炭的表面官能团的类型和数量，从而达到改变活性炭表面化学性质、提高吸附性能的 目的。
脱硝研究现状和存在的问题，重点对活性炭类型和改性活性炭用于脱硫脱硝进行了系统总结。
关键词：活性炭； 脱硫； 脱硝
中图分类号：TQ351； TQ424． 1
文献标识码：A
文章编号：1673 － 5854（ 2012） 01 － 0045 － 06
Research Advances in Activated Carbon for Desulfurization and Denitration
曹晓强等［35］利用微波对活性炭进行改性研究。结果表明，随着改性温度的升高，碘吸附值逐渐增 大，表面碱性官能团含量也相应增加。杨斌武等［36］也用微波对活性炭进行改性来去除 SO2 ，SEM 图谱 表明，微波改性后活性炭的表面更加粗糙和不平整，许多闭塞的孔隙打开并向内延伸，利于 SO2 的传质 过程，相应提高了活性炭的脱硫速率； 元素分析结果显示，改性后活性炭表面氮元素含量和表面碱性基 团数量增加，而氧元素含量减少，从而对 SO2 的吸附量增加。Raymundo 等［37］研究表明，活性炭对 SO2 的吸附性能与微孔孔径相关，其中0． 7 nm 左右孔径的活性炭对 SO2 吸附容量最大，孔径增大会降低活 性炭吸附性能。Daley 等［38］研究发现，经氧化处理的 ACF 对 SO2 的吸附性能下降，这是由表面酸性官 能团对 SO2 的排斥效应造成的； 而经加热处理的 ACF 对 SO2 的吸附性能有所提高，这是因为加热过程 中释放出 CO2 改变了表面含氧官能团的类型。 3． 1． 2 超声波改性 超声波能量足够高时可产生超声空化现象，引起具有强大冲击力的微射流，加速 反应物在活性炭表面的扩散，超声波处理时间及其物理参数的不同会对活性炭性能产生不同的影响。 于凤文等［39］研究表明，超声波处理能够改变活性炭的孔径，而且随着处理时间的增加活性炭的比表面 积也会减小。 3． 2 化学法改性
收稿日期：2011 － 08 － 25 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助（ 2009BADB1B03） ； 国家林业局林业公益性行业专项（ 201004051） 作者简介：谢新苹（ 1987 － ） ，女，山东滨州人，硕士生，主要从事活性炭制备与应用方面的研究； E-mail： xiexinping-000@ 163． com * 通讯作者：蒋剑春（ 1955 － ） ，男，研究员，博士，博士生导师，主要从事生物质能源和炭材料的研究开发工作； E-mail： bio-energy@