Khử lưu huỳnh bằng than hoạt tính là một công nghệ khử lưu huỳnh được phát triển vào thế kỷ 20, sử dụng than hoạt tính để loại bỏ lưu huỳnh khỏi khí thải. So với công nghệ khử lưu huỳnh truyền thống, công nghệ khử lưu huỳnh bằng khí thải dựa trên carbon có nhiều ưu điểm: (1) Chất khử lưu huỳnh tiêu thụ ít hơn và có thể được tái sử dụng, có lợi cho việc tiết kiệm nguyên liệu thô và giảm chi phí vận hành; (2) các sản phẩm khử lưu huỳnh có thể được tái chế; (3) quy trình tương đối đơn giản và dễ vận hành; (4) không có vấn đề ô nhiễm thứ cấp.
Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc lỗ rỗng phát triển tốt, đồng thời chứa nhiều nhóm chức trên bề mặt của nó, có thể được sử dụng làm chất hấp phụ và chất mang xúc tác.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi nhiệt độ 20-100°C SO2 được hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính, lúc này chủ yếu là hấp phụ vật lý; khi nhiệt độ tăng thì quá trình hấp phụ cũng thay đổi. Khi ở nhiệt độ 100- Ở 160°C, SO2 đã hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính tiếp tục được xúc tác và oxy hóa thành SO3, lúc này chủ yếu là hấp phụ hóa học; khi nhiệt độ lớn hơn 250°C, nó bị hấp thụ hóa học hoàn toàn và H2SO4 được tạo ra bởi phản ứng của SO3 và H2O được lưu trữ ở bên trong các lỗ xốp.
Công dụng chính của khử lưu huỳnh bằng than hoạt tính là tính chất hấp phụ và xúc tác của than hoạt tính. Chúng ta biết rằng than hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp phát triển và diện tích bề mặt riêng mạnh nên khả năng hấp phụ rất mạnh, nhưng thực tế than hoạt tính cũng rất kém xúc tác. Dưới tác động, lưu huỳnh nguyên tố được tạo ra bởi phản ứng oxy hóa giữa sulfur dioxide trong khí và một lượng nhỏ oxy được hấp phụ trên bề mặt của than hoạt tính. Hiệu suất khử lưu huỳnh sẽ giảm khi quá trình hấp phụ của than hoạt tính đạt đến trạng thái bão hòa và than hoạt tính bão hòa phải được tái sinh tại thời điểm này. Theo các chất cụ thể được hấp phụ bởi than hoạt tính khử lưu huỳnh, nó được xác định trong những điều kiện mà nó cần được tái sinh. Nói chung, bộ khử lưu huỳnh than hoạt tính được tái sinh bằng hơi nước ở nhiệt độ khoảng 450 ~ 500°C. Khi nhiệt độ tăng đến một mức nhất định, lưu huỳnh nguyên tố sẽ được giải phóng. Nó được kết tủa từ than hoạt tính bão hòa và chảy vào bể thu hồi lưu huỳnh, và trở thành lưu huỳnh rắn sau khi làm mát.
Có nhiều cơ chế khử lưu huỳnh của vật liệu than hoạt tính và các cơ chế sau đây thường được hỗ trợ. Họ cho rằng than hoạt tính không chỉ đóng vai trò là chất hấp phụ trong quá trình khử lưu huỳnh mà còn đóng vai trò là chất xúc tác và chất mang.
C+O2→C-
SO2+C→C-SO2
C-SO2+C-O→C-SO3
C-SO3+C-H2O→C-H2SO4+C
(C đại diện cho vị trí hoạt động trên bề mặt vật liệu than hoạt tính)
Cơ chế cho thấy lượng O2 và hơi nước sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả khử lưu huỳnh. Hơn nữa, nếu khí thải có chứa oxit nitơ cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả khử lưu huỳnh. Khi các sợi than hoạt tính được sử dụng để khử lưu huỳnh và khử nitơ đồng thời, SO2 và NO sẽ cạnh tranh với nhau để giành các trung tâm hoạt động trên bề mặt carbon. Do đó, để không lãng phí tài nguyên và nâng cao hiệu quả hấp phụ, than hoạt tính biến tính đã ra đời.
Nếu các ion kim loại được nạp trên bề
mặt của than hoạt tính, thì trước tiên các ion kim loại được hấp phụ trên bề mặt của than hoạt tính, sau đó trải qua phản ứng oxi hóa khử với chất hấp phụ để khử các ion kim loại thành các ion nguyên tố hoặc trạng thái thấp hơn, do đó tăng tốc quá trình oxi hóa SO2 thành SO3.
Trong số các phương pháp xử lý khí thải khác nhau, hấp phụ than hoạt tính là phương pháp duy nhất có thể loại bỏ mọi tạp chất trong khí thải, bao gồm SO2, oxit nitơ, hạt bồ hóng, thủy ngân, dioxin, furan, kim loại nặng, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các nguyên tố vi lượng khác. Sự phát triển của loại công nghệ khử lưu huỳnh và khử nitơ trong khí thải này có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển bền vững của nền kinh tế.
1. Nguyên tắc khử lưu huỳnh và khử nitrat bằng than hoạt tính
1.1 Nguyên tắc khử lưu huỳnh bằng than hoạt tính
Quá trình hấp phụ SO2 bằng than hoạt tính bao gồm hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Khi không có hơi nước và oxy trong khí thải, sự hấp phụ vật lý chủ yếu xảy ra và lượng hấp phụ nhỏ. Khi khí thải chứa đủ hơi nước và oxy, quá trình khử lưu huỳnh và thu bụi bằng than hoạt tính là một quá trình hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý cùng một lúc. SO2 được hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính được xúc tác oxy hóa thành H2SO4 và lượng hấp phụ của sulfur dioxide tăng lên.
1.2 Nguyên tắc khử nitrat bằng than hoạt tính
Công nghệ sử dụng than hoạt tính để loại bỏ nitơ có thể được chia thành phương pháp hấp phụ, NH3 sele
Comments