Ο ενεργός άνθρακας έχει μια εξαιρετικά ανεπτυγμένη δομή πόρων και μια τεράστια συγκεκριμένη επιφάνεια, έτσι έχει μια ισχυρή προσρόφηση, σε συνδυασμό με την επιφάνεια του ενεργού άνθρακα περιέχει πολλαπλές λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο, οπότε είναι ένας εξαιρετικός προσροφητής, καταλύτης και φορέας καταλύτη.
1.Αρχή της αποθείωσης του ενεργού άνθρακα
Η προσρόφησηΕνεργοποιηθείάνθρακας για SO2 περιλαμβάνει φυσική προσρόφηση και χημική προσρόφηση. Όταν δεν υπάρχουν υδρατμοί και οξυγόνο στο αέριο απαερίων, εμφανίζεται κυρίως φυσική προσρόφηση και η ποσότητα προσρόφησης είναι μικρή. Όταν το απαέριο περιέχει επαρκείς υδρατμούς και οξυγόνο, η αποθείωση του ενεργού αερίου ροής άνθρακα είναι μια διαδικασία τόσο χημικής προσρόφησης όσο και φυσικής προσρόφησης. Η φυσική προσρόφηση εμφανίζεται πρώτα και στη συνέχεια καταλυτική οξείδωση των προσροφητικών SO2 στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα H2 SO4 παρουσία νερού και οξυγόνου.
2.Διαδικασία αντίδρασης αποθείωσης ενεργού άνθρακα παρουσία H2O
Η αποθείωση του ενεργού απαερίων άνθρακα είναι διαφορετική από άλλη τεχνολογία αποθείωσης απαερίων. Είναι μια τεχνολογία που βασίζεται στην παραδοσιακή θεωρία μικροπορώδους προσρόφησης. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία προσρόφησης είναι πολύ διαφορετική από την κοινή βιομηχανική τεχνολογία καθαρισμού νερού προσρόφησης, επειδή περιλαμβάνει μαζική μεταφορά μάζας προσρόφησης υλικών πολλαπλών συστατικών, οπότε η διαδικασία προσρόφησής της είναι πολύ περίπλοκη. Παρουσία νερού, κοντά στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα, της επιφάνειας, της τρύπας, του μεγάλου πόρου και της τρύπας μικροϋπολογιστών, όλα μπορούν να σχηματίσουν νερό, ατμό, SO2, SO2-3, SO2-4 και άλλα συστατικά του σύνθετου μείγματος, την παρουσία αυτών των μορίων, ή ιόντων και την ποσότητά του, ή μπορούν να προωθήσουν τη βελτίωση της απόδοσης της προσρόφησης, ή μπορεί να είναι ενεργοποιημένη ικανότητα προσρόφησης άνθρακα. Η συμμετοχή του H2O αλλάζει ριζικά τον μηχανισμό αντίδρασης του SO2 στην επιφάνεια του άνθρακα και υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με τη διαδικασία αντίδρασης. Οι Lizzio, Mochida, Cazorla-Amoros κ.ά. πίστευαν ότι οι SO2 και O2 ανταγωνίζονται για ενεργές τοποθεσίες. Μεταξύ των τριών πιθανών αντιδράσεων οξείδωσης, μόνο ο ακόλουθος τύπος μπορεί να πραγματοποιηθεί ομαλά: C -- SO2 +O2 +C -- SO3 +C -- O, δηλαδή, μόνο αέριο οξυγόνο μπορεί να αντιδράσει με προσροφημένο SO2.
Η Tamura πίστευε ότι τα μόρια H2O, SO2 και O2 θα μπορούσαν να απορροφηθούν από ενεργό άνθρακα. Εφ 'όσον υπήρχε μια αρκετά κοντινή απόσταση μεταξύ τους και μια ορισμένη χωρική διαμόρφωση, θα μπορούσαν να αντιδράσουν άμεσα μεταξύ τους και τελικά να δημιουργήσουν H2 SO4. Σε αυτό το θεωρητικό μοντέλο, η εξίσωση οξείδωσης είναι C - SO2 +C -- O C -- SO3 +C.
Ο Zawadzki et al. πίστευε ότι η συμμετοχή του H2O άλλαξε τον μηχανισμό αντίδρασης του SO2 στην επιφάνεια του άνθρακα και η αντίδραση οξείδωσης δεν μπορούσε να πραγματοποιηθεί απουσία H2O. Παρουσία του H2O, οι λειτουργικές ομάδες πυρανόνης και τα μετατοπισμένα π ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα αντιδρούν με μόρια H2O για την παραγωγή H2O2, τα οποία μπορούν να οξειδωθούν το H2 SO3 που σχηματίζεται μετά τη διάλυση του SO2 στο νερό H2 SO4.
Πιστεύουμε ότι παρουσία νερού, ο αριθμός των αποτελεσματικών χώρων προσρόφησης δεν καθορίζεται από τον όγκο και τον αριθμό των μικροπορών και η θεωρία πλήρωσης μικροπορών δεν είναι κατάλληλη για την αποθείωση του ενεργού άνθρακα με έκλουση νερού, ο μηχανισμός Tamura και η θεωρία Lizzio δεν είναι κατάλληλες για αυτή την τεχνολογία. Η θεωρητική ανάλυση του Ζαουάντσκι είναι μια λογική εξήγηση. Η επιφάνεια του ενεργού άνθρακα πρέπει να ακολουθεί την ακόλουθη εξίσωση: SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.Αρχή της απομάκρυνσης αζώτου με ενεργό άνθρακα
Η τεχνολογία απονιτροποίησης ενεργού άνθρακα μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο προσρόφησης, επιλεκτική καταλυτική μέθοδο μείωσης NH3 και μέθοδο μείωσης του θερμού άνθρακα. Η μέθοδος προσρόφησης χρησιμοποιεί τη μικροπορώδη δομή και τις λειτουργικές ομάδες ενεργού άνθρακα για την προσρόφηση NOx και οξειδώνει ΤΟ ΟΧΙ με χαμηλή αντιδραστικότητα στο NO2 με υψηλή αντιδραστικότητα. Στο μηχανισμό της προσρόφησης του ενεργού άνθρακα NOx, εξακολουθούν να υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των ερευνητών. Η μέθοδος επιλεκτικής καταλυτικής μείωσης NH3 χρησιμοποιεί ενεργό άνθρακα για την προσρόφηση NOx για τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης της αντίδρασης μεταξύ NOx και NH3 και τη βελτίωση του ποσοστού χρήσης του NH3. Η καυτή μέθοδος μείωσης άνθρακα είναι η χρήση της αντίδρασης άνθρακα και NOx στην υψηλή θερμοκρασία για να παραγάγει το CO2 και N2, το πλεονέκτημα είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για καταλύτη, ο στερεός άνθρακας είναι φτηνή, ευρεία πηγή, η θερμότητα που παράγεται από την αντίδραση μπορεί να ανακυκλωθεί. Ωστόσο, κινητικές μελέτες δείχνουν ότι η αντίδραση μεταξύ Ο2 και άνθρακα είναι νωρίτερα από εκείνη μεταξύ των NOx και του άνθρακα, οπότε η παρουσία Ο2 στα απαέρια αυξάνει την κατανάλωση άνθρακα.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η προσρόφηση so2 στον ενεργό άνθρακα είναι κυρίως χημική προσρόφηση, και η αποδοτικότητα αποθείωσης είναι περισσότερο από 96% με το μίγμα της υψηλής καθαρότητας SO2, του αέρα και των υδρατμών για να μιμηθεί το πραγματικό βιομηχανικό αέριο απαερίων. Το μείγμα των NOx υψηλής καθαρότητας, του αέρα και των υδρατμών χρησιμοποιείται για την προσομοίωση του πραγματικού βιομηχανικού απαερίων και η προσρόφηση των NOx με ενεργό άνθρακα περιλαμβάνει φυσική προσρόφηση και χημική προσρόφηση. Υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει αέριο SO2 στη ροή του αερίου, η απόδοση απομάκρυνσης αζώτου του ενεργού άνθρακα είναι υψηλότερη από 75% όταν ο ενεργός άνθρακας φθάνει στη δυναμική ισορροπία προσρόφησης. Ένα μείγμα υδρατμών υψηλής καθαρότητας SO2, NOx, αέρα και νερού χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση του πραγματικού βιομηχανικού απαερίων. Όταν τα SO2 και NOx ήταν παρόντα στη ροή του αερίου, η ικανότητα προσρόφησης και ο χρόνος κορεσμού προσρόφησης του ενεργού άνθρακα αυξήθηκαν, ενώ η απόδοση αποθείωσης, η ταχύτητα προσρόφησης και το μήκος της ζώνης προσρόφησης άλλαξαν ελάχιστα. Λόγω της αντικατάστασης του NO από το SO2, η ικανότητα προσρόφησης NOx και ο δυναμικός χρόνος ισορροπίας προσρόφησης του ενεργού άνθρακα μειώνονται απότομα, η απόδοση αφαίρεσης αζώτου είναι πολύ χαμηλή, το μήκος της ζώνης προσρόφησης NOx αυξάνεται και η ταχύτητα προσρόφησης μειώνεται. Ούτε τα SO2 ούτε τα NOx καταλαμβάνουν μόνο το ενεργό κέντρο προσρόφησης, αλλά συνυπάρχουν στο ενεργό κέντρο προσρόφησης. Ο ενεργός άνθρακας προσροφά κατά προτίμηση το SO2 επιλεκτικά και τα NOx φυσικής προσρόφησης αντικαθίστανται και επιλύονται από το SO2. Τα NOx chemisorbed μπορούν να προωθήσουν την προσρόφηση ενεργού άνθρακα στο SO2. Ταυτόχρονα, το SO2 μπορεί επίσης να προωθήσει την προσρόφηση των NOx με ενεργό άνθρακα.
