性焦、炭纤维）是最具应用潜力的低温干法脱硫吸
附催化剂。

1.1

活性炭在烟气脱硫脱硝中的应用

吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像

石墨晶粒却无规则地排列的微晶。在活化过程中微
晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙，由于这些孔
隙，特别是微孔提供了巨大的表面积。活性炭微孔的
孔隙容积一般只有 0.25~0.90mL·g

- 1

，孔隙数量约为

1020

个·g

- 1

，全部微孔表面积约为 500~1500m

2

·g

- 1

，

通常以 BET 法测算，也有称高达 3500~5000 m

2

·g

- 1

的。活性炭几乎 95%以上的表面积都在微孔中，因
此，除了有些大分子进不了外，微孔是决定活性炭
吸附性能高低的重要因素。
1.1.1

活性炭脱硫原理

[ 4 ]

活性炭 SO

2

的吸附包括

物理吸附和化学吸附。当烟气中无水蒸汽和 O

2

存在

时，主要发生物理吸附，吸附量较小。当烟气中含有
足量水蒸汽和 O

2

，活性炭法烟气脱硫是一个化学吸

附和物理吸附同时存在的过程，首先发生的是物理
吸附，然后在有水和 O

2

存在的条件下将吸附到活性

炭表面的 SO

2

催化氧化为 H

2

SO

4

，SO

2

的吸附量增

大。长期以来，人们将反应的总过程用下面的化学
方程式描述:

SO

2

+1/2O

2

+ H

2

O → H

2

SO

4

1.1.2

活性炭脱硝原理 利用活性炭脱硝的技术

可以分为吸附法、NH

3

选择性催化还原法 （SCR）和

炽热炭还原法。吸附法是利用活性炭的微孔结构和
官能团吸附 NO

x

，并将反应活性较低的 NO 氧化为

反应活性较高的 NO

2

。

关于活性炭吸附 NO

x

的机理，

研究人员还存在较大的分歧。NH

3

选择性催化还原

法是利用活性炭吸附 NO

x

，降 NO

x

与 NH

3

的反应活

化 能 ， 提 高 NH

3

的 利 用 率 。 其 反 应 式 如 下 ：

NO+NO

2

+2NH

3

→2N

2

+3H

2

O。

炽热炭还原法是在高温

下利用炭与 NO

x

反应生成 CO

2

和 N

2

。

其优点是不需

要催化剂，固体炭质价格便宜，来源广，反应生成的
热量可以回收利用。然而动力学研究表明，O

2

与炭

的反应先于 NO

x

与炭的反应，故烟气中 O

2

的存在

使炭的消耗量增大。
1.1.3

活性炭吸附性能的研究 活性炭法烟气脱

硫技术的问题就是活性炭的吸附容量有限，因而吸
附剂使用量较多，导致吸附器体积庞大。如果要减
小占地面积，则气流速度过高，而且需要增加床层
厚度，导致过大的流动阻力，因而，许多研究者致力
于研究如何提高活性炭的吸附容量。研究者主要通
过改善活性炭表面化学特性和改善其孔隙结构，目

前已经研究出新型活性炭有活性炭纤维 （ACF）、糠
醛渣活性炭、含碘活性炭、含氮活性炭等。糠醛活性
炭由玉米芯制糠醛的废料经改性后制得，改性后的
糠醛渣活性炭具有更强的吸附和催化氧化能力，董
群

[ 5 ]

等用糠醛改性活性炭，其脱硫率明显增加，因

此，在对柴油的脱硫上提高了活性炭的脱硫性能。
用浓 H

2

SO

4

、

浓 HNO

3

氧化改性活性炭，可以改变活

性炭的孔隙结构，使孔隙变宽

[6 ]

。

表 1 是浓 H

2

SO

4

和

浓 HNO

3

改性前后活性炭表面酸性含氧基团量。由

表 1 可以看出，活性炭经浓 H

2

SO

4

处理后，在表面产

生了大量酸性含氧基团，羧酸、酚羟基含量比硝酸
改性后的活性炭高。羧酸基团的增加，可以提高活
性炭表面活性，对吸附弱极性物质起到积极的作用

[

7]。

浓硫酸可以与活性炭微孔内壁发生氧化反应，对

活性炭有扩孔作用。浓硫酸改性后的活性炭上存在
大量的中孔，与未改性活性炭相比 ，中孔孔容和中
孔表面积均有较大的增加

[ 8 ]

。

表 1 活性炭改性前后表面酸性含氧基团量

Tab.1

The number of acidic oxygen-containing groups on the

surfaces of unmodified and modified active carbons

1.2

活性焦在烟气脱硫脱硝中的应用

活性焦是一种综合强度（耐压、耐磨损、耐冲

击）较高的吸附材料，具有发达的比表面积和丰富
的孔结构。与活性炭相比，活性焦具有较高的燃点
和机械强度，能够更好的用于移动床工艺。它的脱
硫脱硝原理与活性炭很相似，活性焦脱硫是基于
SO

2

在焦表面的吸附和催化氧化。在 O

2

和水蒸汽存

在的前提下，活性焦表面的某些含氧络合物基团是
SO

2

吸附及催化氧化的活性中心，而其发达的比表

和丰富的孔结构有利于分子传递

[ 9 ]

。

张守玉

[ 10 ]

等研究

表明，H

2

O

在活性焦脱硫过程中并不单单地起着水

合 SO

3

和稀释硫酸的作用，更重要的是提供了反应

历程所需的质子，同时赋予 SO

2

还原性。吸附饱和的

活性焦采用加热再生，高温下，活性焦表面的稀
H

2

SO

4

与活性焦发生如下化学反应，释放出 SO

2

。

2H

2

SO

4

·

nH

2

O + C →2SO

2

+ CO

2

+ 2

（n +1）H

2

O

活性焦的比表面积、微孔孔容与其脱硫脱硝能

力有相同的趋势，即比表面积、微孔体积越大，所能
吸附的 SO

2

，NO 越多。李兰廷

[ 11 ]

对活性焦表面作

吸附剂

AC

AC- H

2

SO

4

AC- HNO

3

羧基

0.016

0.649

0.480

内酯基

0.037

0.444

0.491

酚羟基

0.079

0.343

0.259

总和 10

- 3

mol·g

- 1

0.132

1.436

1.230

表面酸性含氧基团 /10

- 3

mol·g

- 1

胡 龙等：烟气脱硫脱硝的研究进展

2010

年第 7 期

55