一种活性炭纤维表面改性的方法

一种活性炭纤维表面改性的方法

本发明属于一种活性炭纤维(ACF)表面再处理的方法，具体地说涉及一种活性炭纤维表面改性以提高其脱除SO2能力的方法。

煤燃烧尾气中的SO2可采用ACF将其催化氧化为H2SO4而脱除，但由于制备的或市售的ACF脱除SO2的活性不太理想，通常采用热处理、HNO3氧化热处理等改性方法来提高其脱硫活性。热处理方法(Energyand fuel,1994,8,1337-1340;1997,11,272-276)是将市售的比表面积不同的ACF在惰性气氛中高温热处理1h后制得改性ACF。但该方法不适用于比表面积较小的ACF，即便对于比表面积较大的ACF来说，其SO2脱除率尚需进一步提高。HNO3氧化热处理方法(Energy and,fuel,1997,11,289-291)是用HNO3在80-100℃下先对ACF进行氧化后再在高温下热处理。由于采用HNO3氧化，必然在后续工艺中增加洗涤工序，而且氧化过程控制较难，重现性不好。

本发明的目的是提供一种操作简单的且适用于不同比表面积ACF的表面改性以提高其脱除SO2能力的方法。

本发明的目的是这样实现的：先对ACF表面进行氧化，然后再在惰性气氛中高温热处理制得表面改性的ACF。

其方法包括如下步骤：(1)将制备的或市售的ACF放入高温炉中，在N2保护升温到250-550℃；(2)将N2切换成氧气或空气在上述温度下氧化0.5-4h；(3)将氧气或空气切换成N2升温到700-1200℃，保持1-2h，最后在N2保护下自然冷却即得改性ACF。

本发明所使用的脱硫条件如下：模拟烟气组成为SO2:1000ppm,O2：5vol％,H2O：10vol％；反应温度为30℃；接触时间W/F(其中ACF重量W：0.1-0.25g；气体流速F：100ml/min)为1.0-2.5×10-3g.min/ml。对于比表面积大于500m2/g的ACF的脱硫率可达100％，即使对于比表面积小于500m2/g的ACF的脱硫率亦可达88％。

本发明具有如下优点：1．操作简单、方便。

2．ACF表面性质容易控制，重现性好。

3．不管用何种方法制备的ACF以及ACF的比表面积大小如何，经本方法改性的ACF的SO2脱除率显著提高。

本发明的实施例如下：实施例1比表面积为463m2/g的水蒸汽活化的聚丙烯腈基ACF在N2保护下升温到350℃后，改用空气氧化2.5h，然后切换成N2于800℃下热处理1h，自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。SO2在氧化热处理改性的ACF上的脱除率为91％。(SO2脱除条件：反应温度30℃，ACF重量0.25g，气体流速100ml/min，模拟烟气组成为SO2;1000ppm,O2：5vol％,H2O：10vol％)。

对比例1比表面积为446m2/g的水活化的聚丙烯腈基ACF FE-100的SO2脱除率仅为18％。当对FE-100进行热处理改性后，其SO2的脱除率随热处理温度升高而下降，如在800℃下热处理后，其对SO2的脱除率下降为2％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例2比表面积为825m2/g的水蒸汽活化的聚丙烯腈基ACF在N2保护下升温到300℃，改用纯O2氧化1h，然后切换成N2于850℃下热处理1h。自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。SO2在氧化热处理改性的ACF上的脱除率为100％。(SO2脱除条件同实施例1)。

对比例2比表面积为887m2/g的水蒸汽活化的聚丙烯腈基ACF FE-200在不同温度下热处理改性，所得ACF对SO2的脱除率最高为65％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例3比表面积为1079m2/g的水蒸汽活化的聚丙烯腈基ACF在N2保护下升温到400℃后，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于800℃下热处理1h，自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。SO2在氧化热处理改性的ACF上的脱除率为100％。(SO2脱除条件同实施例1)。

对比例3比表面积为1141m2/g的水蒸汽活化的聚丙烯腈基ACF FE-300在不同温度下热处理改性，所得ACF对SO2的脱除率最高为90％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例4比表面积为433m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃后，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1100℃下热处理1h，自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF，其对SO2的脱除率为88％。(SO2脱除条件同实施例1)。

对比例4比表面积为480m2/g的水蒸汽活化沥青基ACF OG-5A在其最佳热处理温度下改性后，其对SO2的脱除率仅为60％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例5比表面积为717m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃后，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1100℃下热处理1h，自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。其对SO2的脱除率为100％。(SO2脱除条件同实施例1)。

对比例5比表面积为690m2/g的水蒸汽活化沥青基ACF OG-7A在其最佳热处理温度下改性后，其对SO2的脱除率仅为73％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例6比表面积为829m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1100℃下热处理1h，自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。其对SO2的脱除率为100％。(SO2脱除条件同实施例1)。

对比例6比表面积为840m2/g的水蒸汽活化沥青基ACF OG-8A在其最佳热处理温度下改性后，其对SO2的脱除率仅为95％。(SO2脱除条件同实施例1)。

实施例7

比表面积为1595m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1100℃下热处理1h。自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。SO2在氧化热处理改性ACF上的脱除率为99％。(SO2脱除条件：除ACF重量为0.1g外，其它同实施例1)。

实施例8比表面积为1595m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1200℃下热处理1h。自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF。SO2在氧化热处理改性ACF上的脱除率为91％。(SO2脱除条件同实施例7)。

实施例9比表面积为1595m2/g的水蒸汽活化的沥青基ACF在N2保护下升温到400℃后，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1000℃下热处理1h。自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF,SO2在氧化热处理改性ACF上的脱除率为93％。(SO2脱除条件同实施例7)。

实施例10比表面积为2928m2/g的KOH活化的沥青基ACF在N2保护下升温到300℃后，改用纯O2氧化0.5h，然后切换成N2于1000℃下热处理1h。自然冷却后制得氧化热处理改性的ACF,SO2在氧化热处理改性ACF上的脱除率为100％。(SO2脱除条件同实施例7)。