化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (S1): 424-435.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0781
收稿日期:
2022-04-28
修回日期:
2022-05-31
出版日期:
2022-10-20
发布日期:
2022-11-10
通讯作者:
赵思琛
作者简介:
张辛亥(1971-),男,教授,研究方向为安全工程、煤矿防灭火技术等。E-mail: zhangxinhai@126.com。
ZHANG Xinhai(), ZHAO Sichen(
), ZHU Hui, ZHANG Shoushi, WANG Kai
Received:
2022-04-28
Revised:
2022-05-31
Online:
2022-10-20
Published:
2022-11-10
Contact:
ZHAO Sichen
摘要:
碳材料本身对于H2S的净化效果有限,通过将活性催化剂负载到活性炭上可以弥补碳材料脱除H2S气体能力的不足。本文选用三种具有典型孔隙结构的碳材料:微孔活性碳纤维、中孔活性炭以及孔隙更大的单壁碳纳米管,等体积浸渍不同浓度的碳酸钠溶液制作负载活性材料的脱硫剂,应用固定床反应实验评价不同负载量下制得脱硫剂的脱硫性能,并对材料进行表征测试。经过对比,具有发达微孔结构的活性碳纤维材料整体上具有最佳的脱硫性能,且活性物质的负载量并不是越大越好。实验条件下,在出口逐渐检测到SO2以及H2S两种气体,其中SO2气体出现较早。测定各类碳材料负载以及脱硫前后的表面pH,发现负载Na2CO3后材料表面pH得到大幅度提升,而脱硫后的材料表面pH均有不同程度的下降。
中图分类号:
张辛亥, 赵思琛, 朱辉, 张首石, 王凯. 多种碳材料与碳酸钠复合后脱硫性能对比[J]. 化工进展, 2022, 41(S1): 424-435.
ZHANG Xinhai, ZHAO Sichen, ZHU Hui, ZHANG Shoushi, WANG Kai. Comparative study on desulfurization performance of various carbon materials combined with sodium carbonate[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(S1): 424-435.
原料 | 提供方 | 型号 |
---|---|---|
活性碳 纤维粉 | 江苏科净碳纤维有限公司 | KJF1500型,孔隙以微孔为主,具有大的比表面积 |
活性炭 | 苏州旋风活性炭有限公司 | 椰壳炭粉,具有丰富的微孔以及中孔结构 |
碳纳米管 | 苏州碳丰石墨烯科技有限公司 | 单壁碳纳米管,孔隙结构以中孔和大孔为主 |
去离子水 | 江苏沐阳环境工程科技有限公司 | — |
碳酸钠 | 天津致远化学试剂有限公司 | 分析纯(AR) |
表1 原料试剂
原料 | 提供方 | 型号 |
---|---|---|
活性碳 纤维粉 | 江苏科净碳纤维有限公司 | KJF1500型,孔隙以微孔为主,具有大的比表面积 |
活性炭 | 苏州旋风活性炭有限公司 | 椰壳炭粉,具有丰富的微孔以及中孔结构 |
碳纳米管 | 苏州碳丰石墨烯科技有限公司 | 单壁碳纳米管,孔隙结构以中孔和大孔为主 |
去离子水 | 江苏沐阳环境工程科技有限公司 | — |
碳酸钠 | 天津致远化学试剂有限公司 | 分析纯(AR) |
碳材料 | 称重 /g | 加入水 质量/g | 上层滤液质量/g | 滤纸吸出水质量/g | 吸水 质量/g | 吸水率/% |
---|---|---|---|---|---|---|
活性碳纤维 | 3 | 13 | 7.3 | 0.6 | 5.1 | 176 |
椰壳活性炭 | 3 | 11.1 | 3.7 | 1.2 | 6.5 | 216 |
碳纳米管 | 1 | 30.47 | 11.88 | 8.01 | 10.58 | 1058 |
表2 不同碳材料的吸水率
碳材料 | 称重 /g | 加入水 质量/g | 上层滤液质量/g | 滤纸吸出水质量/g | 吸水 质量/g | 吸水率/% |
---|---|---|---|---|---|---|
活性碳纤维 | 3 | 13 | 7.3 | 0.6 | 5.1 | 176 |
椰壳活性炭 | 3 | 11.1 | 3.7 | 1.2 | 6.5 | 216 |
碳纳米管 | 1 | 30.47 | 11.88 | 8.01 | 10.58 | 1058 |
样品 | 比表面积BET /m2·g-1 | 微孔面积 T-Plot/m2·g-1 | 平均吸附孔径 BET/nm |
---|---|---|---|
AFC | 978.8741 | 797.2340 | 1.9113 |
AC | 1378.5892 | 1091.8004 | 1.7756 |
SWNT | 223.2513 | 11.3447 | 29.7342 |
表3 碳材料结构参数
样品 | 比表面积BET /m2·g-1 | 微孔面积 T-Plot/m2·g-1 | 平均吸附孔径 BET/nm |
---|---|---|---|
AFC | 978.8741 | 797.2340 | 1.9113 |
AC | 1378.5892 | 1091.8004 | 1.7756 |
SWNT | 223.2513 | 11.3447 | 29.7342 |
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
AFC | 110 | 75 | 175 | 0.0272 |
AFC-Na2CO3-4% | 170 | 135 | 190 | 0.0330 |
AFC-Na2CO3-7% | 275 | 215 | 300 | 0.0523 |
AFC-Na2CO3-10% | 235 | 185 | 260 | 0.0456 |
AFC-Na2CO3-15% | 180 | 90 | 200 | 0.0335 |
AFC-Na2CO3-20% | 235 | 90 | 255 | 0.0439 |
表5 AFC-Na2CO3复合材料的穿透时间以及穿透硫容
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
AFC | 110 | 75 | 175 | 0.0272 |
AFC-Na2CO3-4% | 170 | 135 | 190 | 0.0330 |
AFC-Na2CO3-7% | 275 | 215 | 300 | 0.0523 |
AFC-Na2CO3-10% | 235 | 185 | 260 | 0.0456 |
AFC-Na2CO3-15% | 180 | 90 | 200 | 0.0335 |
AFC-Na2CO3-20% | 235 | 90 | 255 | 0.0439 |
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
AC | 110 | 75 | 165 | 0.0278 |
AC-Na2CO3-4% | 130 | 100 | 170 | 0.0290 |
AC-Na2CO3-7% | 150 | 140 | 185 | 0.0320 |
AC-Na2CO3-10% | 190 | 135 | 235 | 0.0393 |
AC-Na2CO3-15% | 160 | 60 | 200 | 0.0301 |
AC-Na2CO3-20% | 135 | 75 | 170 | 0.0276 |
表6 AC-Na2CO3复合材料的穿透时间以及穿透硫容
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
AC | 110 | 75 | 165 | 0.0278 |
AC-Na2CO3-4% | 130 | 100 | 170 | 0.0290 |
AC-Na2CO3-7% | 150 | 140 | 185 | 0.0320 |
AC-Na2CO3-10% | 190 | 135 | 235 | 0.0393 |
AC-Na2CO3-15% | 160 | 60 | 200 | 0.0301 |
AC-Na2CO3-20% | 135 | 75 | 170 | 0.0276 |
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
SWNT | 5 | 5 | 15 | 0.0021 |
SWNT-Na2CO3-4% | 15 | 10 | 40 | 0.0067 |
SWNT-Na2CO3-7% | 60 | 50 | 110 | 0.0190 |
SWNT-Na2CO3-10% | 100 | 90 | 130 | 0.0228 |
SWNT-Na2CO3-15% | 105 | 90 | 125 | 0.0219 |
SWNT-Na2CO3-20% | 90 | 75 | 115 | 0.0200 |
表7 SWNT-Na2CO3复合材料的穿透时间以及穿透硫容
脱硫剂名称 | H2S出现 时间/min | SO2出现 时间/min | 穿透时间 /min | 穿透硫容 /g-S·g-1 |
---|---|---|---|---|
SWNT | 5 | 5 | 15 | 0.0021 |
SWNT-Na2CO3-4% | 15 | 10 | 40 | 0.0067 |
SWNT-Na2CO3-7% | 60 | 50 | 110 | 0.0190 |
SWNT-Na2CO3-10% | 100 | 90 | 130 | 0.0228 |
SWNT-Na2CO3-15% | 105 | 90 | 125 | 0.0219 |
SWNT-Na2CO3-20% | 90 | 75 | 115 | 0.0200 |
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