[发明专利]介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于火电厂烟气脱硫脱硝技术领域，特别涉及介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法。

背景技术

燃煤电厂烟气中的SO₂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Wet-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SO₂的一体化脱除。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SO₂和NOx都有很高的吸附能力。吸附态SO₂、NO会与吸附态O₂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℃，然后把N₂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N₂气氛下升温至700～1200℃保持1～2h，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发明了一种利用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。

发明内容

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，本发明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。

介质阻挡放电改性活性炭纤维的方法，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；

(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(3)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(1)反应器内空气流速以在反应器内停留7-11s为宜，优选10s。

步骤(3)反应器内氨气流速以在反应器内停留7-11s为宜，优选10s。