介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法技术

本发明专利技术公开了属于火电厂烟气脱硫脱硝技术领域的一种介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法。该方法通过介质阻挡放电依次在空气、氨气氛围下使N2、O2、NH3等反应气体激活、电离甚至裂解，产生具有高活性的等离子体如O、O3、NH、NH2、N等，这些活性粒子作用于ACF表面，形成新的含氧官能团和含氮官能团，从而使ACF在烟气脱硫脱硝方面的性能有了较大的提高。此工艺流程简单易操作，作用时间短且不产生废水废渣的处理问题，利于ACF改性的大批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火电厂烟气脱硫脱硝
，特别涉及。
技术介绍
燃煤电厂烟气中的SA和NOx是大气中主要的气体污染物，目前国内外广泛使用的脱硫脱硝技术是ffet-FGD (湿法烟气脱硫)结合SCR (选择性催化还原脱硝)，虽然具有可观的脱除率，但依然存在设备投资大，运行费用高，占地面积大，存在二次污染等缺点，目前众多学者开始研究NOx和SO2W—体化脱除。而吸附法中利用活性炭纤维(ACF)脱除 NOx, SO2,因其不仅具有脱除效率高、原材料可以再生，而且不存在二次污染、可以实现HNO3 和H2SO4的资源绿色回收利用等优点，从而受到了普遍的关注。活性炭纤维(ACF)是一种具有良好孔隙结构的新型吸附材料，其表面分布了大量微孔，这些微孔对SA和NOx都有很高的吸附能力。吸附态SO2、NO会与吸附态A发生氧化反应，分别被氧化成SO3和NO2,最后在吸收塔中予以脱除。但不同的ACF原材料以及处理工艺的不同会得到不同的孔隙结构和比表面积，而且化学成分也不同，因此直接购买的ACF 商业成品，必须根据所需要脱除的物质进行针对性的改性处理，以提高脱除效率。目前对碳纤维进行改性处理的方法主要采用高温处理、溶液(硝酸、硫酸、过氧水等)浸渍以及等离子体处理等方法。专利号98123523. 9阐述一种高温处理改性ACF的方法，首先市售的ACF 在N2的气氛下升温到250 550°C，然后把队切换为空气或者氧气在此温度下氧化0. 5 4h，之后再切换为队气氛下升温至700 1200°C保持1 池，最后自然冷却即得到改性的 ACF。此方法虽然可以提高SO2的脱除率(最高可达100% )，但是活化过程时间太长，操作过程复杂，而且运行成本高，不利于大批量的生产。专利号200810064611. 7专利技术了一种利用HNO3溶液浸渍ACF的改性方法，首先将ACF加入到HNO3溶液中以微波加热，得到的沉淀物经清洗、烘干即得改性的ACF，此方法较专利98123523. 9反应时间短，工艺简单，但因其存在清水冲洗，若进行大批量的ACF改性处理时，会产生大量的废水，容易造成二次污染。
技术实现思路
现有改性方法存在工艺流程复杂，操作不简便，反应时间长；运行成本高；存在二次污染，尤其是溶液浸渍易产生大量的废水；不利于大批量的生产等问题，为了解决上述问题，本专利技术提供一种介质阻挡放电(DBD)改性活性炭纤维的方法，该方法通过介质阻挡放电依次在空气、氨气氛围下使&、02、ΝΗ3等反应气体激活、电离甚至裂解，产生具有高活性的等离子体如0、03、ΝΗ、ΝΗ2、Ν等，这些活性粒子作用于ACF表面，形成新的含氧官能团和含氮官能团，从而使ACF在烟气脱硫脱硝方面的性能有了较大的提高。，该方法步骤如下(1)将活性炭纤维放于介质阻挡放电反应器内，在空气氛围下利用介质阻挡放电产生低温等离子体对活性炭纤维进行改性；3(2)停止介质阻挡放电，保持空气吹扫至活性炭纤维处于常温；(3)将空气切换为氨气和氮气的混合气体，进行介质阻挡放电；(4)停止介质阻挡放电，停止氨气供应并保持反应器内为氮气环境，使活性炭纤维在氮气氛围下冷却至常温即得改性活性炭纤维。步骤(1)中所述介质阻挡放电的放电电压8 10kV，放电频率7_15kHz，放电时间 2-3min。步骤(3)中所述介质阻挡放电的放电电压8 10kV，放电频率7 15kHz，放电时间 5-10min。步骤C3)中所述氨气和氮气的混合气体中，氨气的浓度(体积分数)为5 10%， 氮气为平衡气。步骤⑴反应器内空气流速以在反应器内停留7-lls为宜，优选10s。步骤(3)反应器内氨气流速以在反应器内停留7-lls为宜，优选10s。本专利技术利用介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体依次在空气氛围和NH3氛围中对ACF进行改性处理。在DBD放电区域内填充活性炭纤维，通过改变外加电源的电压和频率来得到较均勻、稳定的放电，产生大量的高能电子，在高能电子的作用下反应器中通入的气体分子被激活、裂解或电离，产生高活性的自由基如N、0、03、NH、NH2等，这些活性基作用于ACF表面以及较深的孔，改变活性炭纤维表面的官能团、孔径以及比表面积，从而提高活性炭纤维的吸附能力，利于NO、SO2的脱除。经研究发现，在空气氛围内利用低温等离子体对ACF进行改性处理，改性后ACF表面的氮元素有了较大程度的增加，生成了结构稳定的吡啶和吡咯官能团。而含氮官能团的增加，特别是吡咯类官能团的增加可提供更多的碱性吸附位，从而增强了对Sh和NOx等酸性气体的吸附亲和力，并能增强在有氧情况下的催化氧化活性，同时含氮官能团构成了吸附水蒸气的极性中心，由于形成了 H2A强氧化剂，因而增强了催化氧化活性，同时因为吸水量大，有利于将SO3水化为硫酸。ACF表面含氮官能团的增加还有利于将吸附的NO还原转变为队，因此有利于提高ACF的脱硫脱硝能力。另外在空气氛围内经低温等离子体处理后的ACF表面的含氧官能团形态得到了改变，碳氧双键(C = O)官能团的量有了较大程度的提高，而含有单键的炭氧(C-O)官能团则有所下降，前者的氧化能力要强于后者，因此改性后的ACF的氧化能力有所提高，有利于 SO2氧化为S03，NO氧化为NO2, SO3与水反应生成硫酸得到脱除，而氧化后的NO2较NO更容易经活性炭纤维脱除，因为在物理特性上来说NO2更有利于在活性炭纤维的表面上竞争活性位，使其被吸附。在氨气氛围内利用低温等离子体对ACF进行改性处理，氨气被分解为NH、NH2等活性基团，活性基作用于ACF表面，主要是增加了其含氮官能团的数量，有利于进一步增强 ACF的脱硫脱硝能力。本专利技术的有益效果为本专利技术工艺流程简单，操作方便；作用时间短，效率高，有利于降低工艺运行成本，适合成批量的生产；改性不影响基体固有性能；工艺为干式，不存在废渣、废水的处理问题；利用本改性工艺改性的活性炭纤维应用于烟气的脱硫脱硝领域时，其脱除效果要优于未改性的活性炭纤维。附图说明 图IDBD改性活性炭纤维工艺的流程。 具体实施例方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。对比案例活性炭纤维未经改性处理，在环境温度为35°C、大气压条件下进行NO、SO2的脱除实验，模拟烟气成分 NO :500ppm(v/v),S02 :1400ppm(v/v) ,O2 6% (v/v), H2O 5% (ν/ν)。市售的活性炭纤维质量7g，模拟气体流量2L/min。未经活化处理的活性炭纤维在此条件下NO 的脱除率为42%左右，SO2的脱除率78%左右。实施例1如图1所示为DBD改性活性炭纤维工艺的流程，N2、NH3、空气的管道与混合器相连， 混合器与DBD反应器相连，用于向DBD反应器提供反应气体，N2、NH3及空气的管道上分别安装有质量流量控制器(MFC)用于调节气体流量。反应气体从DBD反应器排出后，经尾气吸收处理后排入大气。改性活性炭纤维的步骤如下(1)将市售的活性炭纤维放于DBD反应器内，在空气氛围内进行介质阻挡放电，空气流速为单位体积空气在反应器内停留IOs左右，保持放电电压8kV，放电频率9kHz，放电时间:3min后切断电源，停止放电。(2)保持空气吹扫至活性炭纤维处于常温。(3)将空气切本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法，其特征在于：该方法步骤如下：（１）将活性炭纤维放于介质阻挡放电反应器内，在空气氛围下进行介质阻挡放电；（２）停止介质阻挡放电，保持空气吹扫至活性炭纤维处于常温；（３）将空气切换为氨气和氮气的混合气体，进行介质阻挡放电；（４）停止介质阻挡放电，停止氨气供应，保持反应器内处于氮气氛围，使活性炭纤维在氮气氛围下冷却至常温即得改性活性炭纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海平，孙保民，杜旭，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11