活性炭纤维负载聚四氟乙烯的制备和脱硫性能研究

　　SO2是当前我国大气首要污染物之一，活性炭纤维作为一种新型高效吸附剂，因为具有高效性、清洁性和可循环性，在烟气脱硫领域引起了极大的重视。本文主要通过对活性炭纤维的脱硫机理的分析。通过负载聚四氟乙烯对活性炭纤维表面改性处理，模拟烟气脱硫实验验证脱硫效果。负载聚四氟乙烯活性炭纤维，实际脱硫率能提高80%。

　　SO2是大气污染的主要物质，而我国能源结构富煤、天然气和石油储量并不多，造成了燃烧煤炭成为了我国生存发展中能量的主要来源。由于燃煤火力发电站具有投资相对较少、建设周期相对比较短的优点。所以我国目前这种以煤炭为主的能源结构在相当长一段时期能将不会改变。相关数据显示，我国目前是世界上第一大煤炭消费国，同时也是SO2排放第一的国家。而目前我国大气中的二氧化硫90%来源于煤炭的直接燃烧。所以燃煤可看成是造成大气污染的直接原因，产生的二氧化硫是硫酸型酸雨的主要来源。国家环境保护总局统计数据表明全国SO2排放量每年超过2000万吨，一般认为当二氧化硫的浓度达到0.1PPM时，就将对植物造成损伤，而当浓度达到0.5PPM时就会对人类身体健康造成潜在的影响。酸雨会腐蚀建筑、电缆，对生态环境造成直接的破坏。全世界每年因为酸雨而蒙受的经济损失达上千亿美元。而我国也有近一半的国土现在受酸雨的影响。为了实现我国经济的可持续发展，工业烟气脱硫技术是我国经济可持续发展和环境保护下的一个重要课题。

1、实验

　　1.1、试剂和仪器

　　本实验所用材料为比表面积分别为1000m2/g(ACF1000)、1300m2/g(ACF1300)、1500m2/g(ACF1500)和1600m2/g(ACF1600)活性炭纤维。

表1 实验材料

　　实验仪器：

表2 实验仪器

　　1.2、模拟工业烟气及制备方法

　　本次实验采用N2、压缩空气、SO2三个钢瓶供气，经过缓冲瓶混合均匀后模拟工业烟气，利用转子流量计控制三种气体的比例。本次实验采用将流速为20ml/min的氮气、流速为40ml/min的压缩空气、流速为10ml/min的二氧化硫混合配成二氧化硫浓度为14%的模拟烟气。模拟工业烟气ACF脱硫的装置图如下：

图1 模拟烟气脱硫实验装置图

1.氮气瓶 2.压缩空气瓶 3.二氧化硫钢气瓶 4.缓冲瓶 5.三通阀 6.增湿器 7.恒温水浴锅 8.脱硫器 9.收集瓶 10.超级恒温器 11.三通阀 12.干燥器 13.气相色谱分析仪 14.尾气吸收瓶。

结论

　　本次实验使用聚四氟乙烯对活性炭纤维进行改性，制得了负载聚四氟乙烯的活性炭纤维，通过模拟烟气分析，利用气象色谱仪检测，得到了以下结论：

　　1)聚四氟乙烯负载到活性炭纤维上的最大负载率为90%，使用浓度为30%的聚四氟乙烯用化学浸渍法即可制的负载率为90%的改性活性炭纤维，此时的改性活性炭纤维到达稳定脱硫效率的时间最短，但是过高的聚四氟乙烯负载率将会减少活性炭纤维裸露在外的表面，最后造成改性活性炭纤维的脱硫效率没有多大的变化。

　　2)随着负载聚四氟乙烯的浓度增加，聚四氟乙烯的实际负载量也在增加，在达到最大值前，改性ACF的脱硫效率逐渐降低，当达到本次实验最大负载率时，改性ACF的脱硫效率和未改性前大致相同。但是到达稳定脱硫阶段的时间大幅减少。

　　3)比表面积较大的活性炭纤维更适合负载聚四氟乙烯改性处理，纤维表面微孔数更多，表面活性官能团更多，可以吸附更多的二氧化硫。同时也增强了二氧化硫催化产物在活性炭纤维的疏导能力，可以有效提高其连续脱硫的时间，并且能将对改性ACF的脱硫率的影响减少。

　　4)负载聚四氟乙烯改性活性炭纤维，在吸附催化不同浓度SO2时，其化学吸附催化效率与SO2的浓度无关。所以负载聚四氟乙烯ACF的脱硫性能很稳定的，可以适用于不同浓度的SO2的脱除。