專利名稱：介質(zhì)阻擋放電改性活性炭纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及介質(zhì)阻擋放電改性活性炭纖維的方法。
背景技術(shù)：
燃煤電廠煙氣中的SA和NOx是大氣中主要的氣體污染物，目前國內(nèi)外廣泛使用的脫硫脫硝技術(shù)是ffet-FGD (濕法煙氣脫硫)結(jié)合SCR (選擇性催化還原脫硝)，雖然具有可觀的脫除率，但依然存在設(shè)備投資大，運行費用高，占地面積大，存在二次污染等缺點，目前眾多學者開始研究NOx和SO2W—體化脫除。而吸附法中利用活性炭纖維(ACF)脫除 NOx, SO2,因其不僅具有脫除效率高、原材料可以再生，而且不存在二次污染、可以實現(xiàn)HNO3 和H2SO4的資源綠色回收利用等優(yōu)點，從而受到了普遍的關(guān)注?；钚蕴坷w維(ACF)是一種具有良好孔隙結(jié)構(gòu)的新型吸附材料，其表面分布了大量微孔，這些微孔對SA和NOx都有很高的吸附能力。吸附態(tài)SO2、NO會與吸附態(tài)A發(fā)生氧化反應，分別被氧化成SO3和NO2,最后在吸收塔中予以脫除。但不同的ACF原材料以及處理工藝的不同會得到不同的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積，而且化學成分也不同，因此直接購買的ACF 商業(yè)成品，必須根據(jù)所需要脫除的物質(zhì)進行針對性的改性處理，以提高脫除效率。目前對碳纖維進行改性處理的方法主要采用高溫處理、溶液(硝酸、硫酸、過氧水等)浸漬以及等離子體處理等方法。專利號98123523. 9闡述一種高溫處理改性ACF的方法，首先市售的ACF 在N2的氣氛下升溫到250 550°C，然后把隊切換為空氣或者氧氣在此溫度下氧化0. 5 4h，之后再切換為隊氣氛下升溫至700 1200°C保持1 池，最后自然冷卻即得到改性的 ACF。此方法雖然可以提高SO2的脫除率(最高可達100% )，但是活化過程時間太長，操作過程復雜，而且運行成本高，不利于大批量的生產(chǎn)。專利號200810064611. 7發(fā)明了一種利用HNO3溶液浸漬ACF的改性方法，首先將ACF加入到HNO3溶液中以微波加熱，得到的沉淀物經(jīng)清洗、烘干即得改性的ACF，此方法較專利98123523. 9反應時間短，工藝簡單，但因其存在清水沖洗，若進行大批量的ACF改性處理時，會產(chǎn)生大量的廢水，容易造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有改性方法存在工藝流程復雜，操作不簡便，反應時間長；運行成本高；存在二次污染，尤其是溶液浸漬易產(chǎn)生大量的廢水；不利于大批量的生產(chǎn)等問題，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種介質(zhì)阻擋放電(DBD)改性活性炭纖維的方法，該方法通過介質(zhì)阻擋放電依次在空氣、氨氣氛圍下使&、02、ΝΗ3等反應氣體激活、電離甚至裂解，產(chǎn)生具有高活性的等離子體如0、03、ΝΗ、ΝΗ2、Ν等，這些活性粒子作用于ACF表面，形成新的含氧官能團和含氮官能團，從而使ACF在煙氣脫硫脫硝方面的性能有了較大的提高。介質(zhì)阻擋放電改性活性炭纖維的方法，該方法步驟如下(1)將活性炭纖維放于介質(zhì)阻擋放電反應器內(nèi)，在空氣氛圍下利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對活性炭纖維進行改性；
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(2)停止介質(zhì)阻擋放電，保持空氣吹掃至活性炭纖維處于常溫；(3)將空氣切換為氨氣和氮氣的混合氣體，進行介質(zhì)阻擋放電；(4)停止介質(zhì)阻擋放電，停止氨氣供應并保持反應器內(nèi)為氮氣環(huán)境，使活性炭纖維在氮氣氛圍下冷卻至常溫即得改性活性炭纖維。步驟(1)中所述介質(zhì)阻擋放電的放電電壓8 10kV，放電頻率7_15kHz，放電時間 2-3min。步驟(3)中所述介質(zhì)阻擋放電的放電電壓8 10kV，放電頻率7 15kHz，放電時間 5-10min。步驟C3)中所述氨氣和氮氣的混合氣體中，氨氣的濃度(體積分數(shù))為5 10%， 氮氣為平衡氣。步驟⑴反應器內(nèi)空氣流速以在反應器內(nèi)停留7-lls為宜，優(yōu)選10s。步驟(3)反應器內(nèi)氨氣流速以在反應器內(nèi)停留7-lls為宜，優(yōu)選10s。本發(fā)明利用介質(zhì)阻擋放電(DBD)產(chǎn)生低溫等離子體依次在空氣氛圍和NH3氛圍中對ACF進行改性處理。在DBD放電區(qū)域內(nèi)填充活性炭纖維，通過改變外加電源的電壓和頻率來得到較均勻、穩(wěn)定的放電，產(chǎn)生大量的高能電子，在高能電子的作用下反應器中通入的氣體分子被激活、裂解或電離，產(chǎn)生高活性的自由基如N、0、03、NH、NH2等，這些活性基作用于ACF表面以及較深的孔，改變活性炭纖維表面的官能團、孔徑以及比表面積，從而提高活性炭纖維的吸附能力，利于NO、SO2的脫除。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在空氣氛圍內(nèi)利用低溫等離子體對ACF進行改性處理，改性后ACF表面的氮元素有了較大程度的增加，生成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的吡啶和吡咯官能團。而含氮官能團的增加，特別是吡咯類官能團的增加可提供更多的堿性吸附位，從而增強了對Sh和NOx等酸性氣體的吸附親和力，并能增強在有氧情況下的催化氧化活性，同時含氮官能團構(gòu)成了吸附水蒸氣的極性中心，由于形成了 H2A強氧化劑，因而增強了催化氧化活性，同時因為吸水量大，有利于將SO3水化為硫酸。ACF表面含氮官能團的增加還有利于將吸附的NO還原轉(zhuǎn)變?yōu)殛牐虼擞欣谔岣逜CF的脫硫脫硝能力。另外在空氣氛圍內(nèi)經(jīng)低溫等離子體處理后的ACF表面的含氧官能團形態(tài)得到了改變，碳氧雙鍵(C = O)官能團的量有了較大程度的提高，而含有單鍵的炭氧(C-O)官能團則有所下降，前者的氧化能力要強于后者，因此改性后的ACF的氧化能力有所提高，有利于 SO2氧化為S03，NO氧化為NO2, SO3與水反應生成硫酸得到脫除，而氧化后的NO2較NO更容易經(jīng)活性炭纖維脫除，因為在物理特性上來說NO2更有利于在活性炭纖維的表面上競爭活性位，使其被吸附。在氨氣氛圍內(nèi)利用低溫等離子體對ACF進行改性處理，氨氣被分解為NH、NH2等活性基團，活性基作用于ACF表面，主要是增加了其含氮官能團的數(shù)量，有利于進一步增強 ACF的脫硫脫硝能力。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明工藝流程簡單，操作方便；作用時間短，效率高，有利于降低工藝運行成本，適合成批量的生產(chǎn)；改性不影響基體固有性能；工藝為干式，不存在廢渣、廢水的處理問題；利用本改性工藝改性的活性炭纖維應用于煙氣的脫硫脫硝領(lǐng)域時，其脫除效果要優(yōu)于未改性的活性炭纖維。


圖IDBD改性活性炭纖維工藝的流程。
具體實施例方式
下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。對比案例活性炭纖維未經(jīng)改性處理，在環(huán)境溫度為35°C、大氣壓條件下進行NO、SO2的脫除實驗，模擬煙氣成分 NO :500ppm(v/v),S02 :1400ppm(v/v) ,O2 6% (v/v), H2O 5% (ν/ν)。市售的活性炭纖維質(zhì)量7g，模擬氣體流量2L/min。未經(jīng)活化處理的活性炭纖維在此條件下NO 的脫除率為42%左右，SO2的脫除率78%左右。實施例1如圖1所示為DBD改性活性炭纖維工藝的流程，N2、NH3、空氣的管道與混合器相連， 混合器與DBD反應器相連，用于向DBD反應器提供反應氣體，N2、NH3及空氣的管道上分別安裝有質(zhì)量流量控制器(MFC)用于調(diào)節(jié)氣體流量。反應氣體從DBD反應器排出后，經(jīng)尾氣吸收處理后排入大氣。改性活性炭纖維的步驟如下(1)將市售的活性炭纖維放于DBD反應器內(nèi)，在空氣氛圍內(nèi)進行介質(zhì)阻擋放電，空氣流速為單位體積空氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，保持放電電壓8kV，放電頻率9kHz，放電時間:3min后切斷電源，停止放電。(2)保持空氣吹掃至活性炭纖維處于常溫。(3)將空氣切換為氨氣和N2的混合氣體(其中，氨氣體積分數(shù)為5%，N2為平衡氣)，氨氣流速為單位體積氨氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，進行介質(zhì)阻擋放電，保持放電電壓8kV，放電頻率12kHz，放電時間5min后切斷電源停止放電，停止氨氣供應，使其在氮氣氛圍內(nèi)冷卻至常溫即得改性活性炭纖維。改性活性炭纖維NO脫除率可以達到72%，脫除率可達91% (NO與SO2脫除實驗條件如對比案例)。實施例2(1)將市售的活性炭纖維放于DBD反應器內(nèi)，在空氣氛圍內(nèi)進行介質(zhì)阻擋放電，空氣流速為單位空氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，保持放電電壓8kV，放電頻率9kHz，放電時間 3min后切斷電源，停止放電。(2)保持空氣吹掃至活性炭纖維處于常溫。(3)將空氣切換為氨氣和N2的混合氣體(氨氣的體積分數(shù)為10%，隊為平衡氣)， 氨氣流速為單位氨氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，進行介質(zhì)阻擋放電，保持放電電壓9kV，放電頻率10kHz，放電時間IOmin后切斷電源停止放電，停止氨氣供應并保持反應器內(nèi)為氮氣氛圍，使其在氮氣環(huán)境內(nèi)冷卻至常溫即得改性活性炭纖維。本實施例改性活性炭纖維NO脫除率可以達到79%，SO2脫除率可達93% (NO與 SO2脫除實驗條件如對比案例)。實施例3
(1)將市售的活性炭纖維放于DBD反應器內(nèi)，在空氣氛圍內(nèi)進行介質(zhì)阻擋放電，空氣流速為單位空氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，保持放電電壓8kV，放電頻率9kHz，放電時間 3min后切斷電源，停止放電。(2)保持空氣吹掃至活性炭纖維處于常溫。(3)將空氣切換為氨氣和隊的混合氣體(氨氣體積分數(shù)為8%，隊為平衡氣)，氨氣流速為單位氨氣在反應器內(nèi)停留IOs左右，進行介質(zhì)阻擋放電，保持放電電壓10kV，放電頻率9kHz，放電時間7min后切斷電源停止放電，停止氨氣供應并保持反應器內(nèi)為氮氣氛圍， 使其在氮氣環(huán)境內(nèi)冷卻至常溫即得改性活性炭纖維。本實施例改性活性炭纖維NO脫除率可以達到75%，SO2脫除率可達92% (NO與 SO2脫除實驗條件如對比案例)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.介質(zhì)阻擋放電改性活性炭纖維的方法，其特征在于該方法步驟如下(1)將活性炭纖維放于介質(zhì)阻擋放電反應器內(nèi)，在空氣氛圍下進行介質(zhì)阻擋放電；(2)停止介質(zhì)阻擋放電，保持空氣吹掃至活性炭纖維處于常溫；(3)將空氣切換為氨氣和氮氣的混合氣體，進行介質(zhì)阻擋放電；(4)停止介質(zhì)阻擋放電，停止氨氣供應，保持反應器內(nèi)處于氮氣氛圍，使活性炭纖維在氮氣氛圍下冷卻至常溫即得改性活性炭纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中所述介質(zhì)阻擋放電的放電電壓8 10kV，放電頻率7-15kHz，放電時間2_3min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述介質(zhì)阻擋放電的放電電壓8 10kV，放電頻率7 15kHz，放電時間5_10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述氨氣和氮氣的混合氣體中，氨氣的體積分數(shù)為5 10%，氮氣為平衡氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)反應器內(nèi)空氣流速為單位體積空氣在反應器內(nèi)停留7-lls。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)反應器內(nèi)氨氣流速為單位體積氨氣在反應器內(nèi)停留7-lls。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)領(lǐng)域的一種介質(zhì)阻擋放電改性活性炭纖維的方法。該方法通過介質(zhì)阻擋放電依次在空氣、氨氣氛圍下使N2、O2、NH3等反應氣體激活、電離甚至裂解，產(chǎn)生具有高活性的等離子體如O、O3、NH、NH2、N等，這些活性粒子作用于ACF表面，形成新的含氧官能團和含氮官能團，從而使ACF在煙氣脫硫脫硝方面的性能有了較大的提高。此工藝流程簡單易操作，作用時間短且不產(chǎn)生廢水廢渣的處理問題，利于ACF改性的大批量生產(chǎn)。
文檔編號B01D53/02GK102350305SQ20111026687
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者孫保民, 杜旭, 肖海平 申請人:華北電力大學