摘要：隨著煙氣脫硫和脫硝技術的發展，各國都開展了煙氣同時脫硫脫硝技術的研究。文章闡述了目前國內外活性炭材料在煙氣脫硫和脫硝技術中的應用。

目前，我國SO₂和NOx年排放總量大大超出了環境自凈能力，造成近1/3的國土遭受酸雨污染。隨著煙氣脫硫和脫硝技術的發展，各國都開展了煙氣同時脫硫脫硝技術的研究。活性炭煙氣脫硫技術在消除SO₂污染的同時可回收硫資源，在較低溫度下將SO₂氧化成SO₃，并在同一設備中將SO₃轉化成硫酸，并可作為脫除NOx或回收CO₂工藝過程的有機組成部分，是一種防治污染與資源回收利用相結合的技術。

1 活性炭吸附脫硫原理

活性炭對SO₂的吸附包括物理吸附和化學吸附。當煙氣中無水蒸汽和氧氣存在時，僅為物理吸附，吸附量較小。當煙氣中含有足量水蒸汽和氧氣時，活性炭法煙氣脫硫是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程。這是由于活性炭表面具有催化作用，使吸附的SO₂被煙氣中的O₂氧化為SO₂，SO₂再和水蒸氣反應生成H₂SO₄。

活性炭吸附SO₂的吸附過程用以下化學方程式描述：

SO₂+1/2O₂+H₂O→H₂SO₄

活性炭吸附SO₂后，在其表面上形成的硫酸存在于活性炭的微孔中，為使活性炭再生，需把存在于微孔中的硫酸取出。再生方法包括洗滌再生和加熱再生兩種，其中洗滌再生較為簡單經濟。

常見的活性炭脫硫工藝流程有固定床流程和移動床流程。固定床吸附塔可以并聯或串聯運行，并聯時的脫硫效率為80%，串聯時的脫硫效率為90%；移動床的脫硫效率為86.7%。

2 活性炭脫氨原理

在活性炭吸附脫硫系統中加入氨，活性炭又充當了SCR工藝中的催化劑，可同時脫除NOx：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

圖1為活性炭加氨脫硫脫氮工藝流程，此法的脫硫率可達90%，脫硝率為50%-80%。

3 活性炭脫硫影響因素

3.1 脫硫催化劑的類型對脫硫效率的影響

普通活性炭吸附容量低，吸附速度慢，處理能力小。研究表明，用聚丙烯腈纖維瀝青纖維、粘膠纖維等纖維原料經碳化活化制備的活性炭纖維（ACF），特別是經特殊處理制得的脫硫活性炭纖維DSACC，含面料量高，比表面積大，微孔豐富，孔徑分布窄，有較多適于吸附SO₂的表面官能團，因而，有可能克服普通活性炭處理能力低的特點。

3.2 空速對脫硫效率的影響

在相同條件下，活性炭脫硫效率隨空速的提高而降低，一般認為空速對活性炭吸附能力的影響有：一方面，空速高時，SO₂與活性炭表面接觸不夠充分，沒有被充分吸附，并且化學反應時間相對較短，直按影響其反應速度；另一方面，活性炭對SO₂的物理吸附靠的是分子間的范德華力形成的勢能場，空速增加時，使該勢能場對SO₂的捕捉能力下降，從而降低了SO₂被吸附后進一步進行化學反應的可能性，影響了脫硫效率。

3.3 床層溫度對脫硫效率的影響

活性炭的脫硫效率與床層溫度之間有很明顯的對比關系，隨著床層溫度的升高，脫硫效率先加大后減小，較佳反應溫度是50℃~80℃。活性炭對SO₂的吸附，不同的床層溫度對物理吸附和化學吸附的影響不同。床層溫度低時，雖然活性炭對SO₂的物理吸附迅速增加，但是由于活性炭在對SO₂的吸附中，化學吸附是物理吸附的幾十倍，物理吸附的增加對活性炭的總吸附量來說貢獻不大。由于低溫不利于化學吸附，導致SO₂的轉化率很低，從而使總的脫硫率很低。隨著溫度的升高，物理吸附將受到抵制，從而影響化學吸附的進行，導致轉化率下降，進而脫硫率降低。

3.4 煙氣中氧含量對脫硫效率的影響

煙氣中氧含量對反應有直接影響，當含量低于3%時，反應效率下降，氧含量高于5%時，反應效率明顯提高。一般煙氣中含氧量為5%~10%，能夠滿足脫硫反應要求。

4 活性炭纖維

活性炭纖維是一種新型纖維吸附材料（非織造布或氈），是繼粒狀、粉狀活性炭后的第三代活性炭產品，比傳統的活性炭具有更好的吸附性和使用價值。與傳統活性炭相比，活性炭纖維在物理和化學性質上都具有顯著優越性。作為一種納米微孔吸附材料，活性炭纖維有著直徑20μm左右的細長纖維結構和較高的強度，而且可以加工成各種不同的形狀；比表面積可達2000m²/g，其外表面積是活性炭的百倍乃至千倍，從而很大地增加了吸附和催化能力；由于其孔隙都是納米尺度的表面微孔（<2nm），數量豐富，排列均勻，不僅在吸附過程中能減少氣體的擴散阻力，而且在脫附過程中容易使活性炭纖維獲得再生。

活性炭纖維與粒狀活性炭有明顯的不同，其粒徑小，孔隙直接開口于纖維表面，具有豐富且發達的微孔，微孔孔徑可調，比表面積大，吸附容量大，吸附速度快，再生容易快速，經多次吸附脫附后仍保持原有的吸附性能。

與其他脫硫脫硝方法相比，活性炭纖維的脫硫脫硝具有工藝簡單、無二次污染、資源可再生利用等優點，應用前景十分廣闊。但在反應機理、活性炭纖維制備和改性，以及同時脫硫脫硝方面有許多基礎性研究工作有待深入。另外，在實用方面，工藝流程設計也是進一步研究的內容。

5 結束語

在眾多的煙氣脫硫脫硝技術中，活性炭吸附法是一種能脫除煙氣中多種污染物的方法，包括SO₂、NOx、煙塵粒子、汞、二唔英呋喃、重金屬、揮發性有機物及其他微量元素。發展此類煙氣脫硫脫硝技術，控制我國燃煤SO₂和NO排放，對于國民經濟的可持續性發展意義重大。目前，活性炭法脫除燃煤煙氣中NOx還沒有達到工業應用水平，活性炭吸附NOx的性能、吸附反應機理，脫氮條件等還有待進一步研究。活性炭法煙氣脫硫已有了成功應用的實例，然而仍有許多問題有待研究，例如,溫度、水等對活性炭吸附性能的影響規律以及脫硫的條件等。開發新型活性炭（增加強度和吸附容量）、降低活性炭再生的能耗改善脫附方式有效提高脫附效率是活性炭吸附法進一步研究的方向。