[发明专利]表面官能团极性定向分布的活性焦制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性焦的制备方法。

背景技术

采用活性焦的干法烟气脱硫技术具备污染物SO₂深度脱除、可资源化利用、水资源消耗少、吸收剂可循环利用等优点，具有优越的发展前景。活性焦脱硫过程是利用其发达的孔隙结构及表面官能团将烟气中SO₂、O₂、H₂O等目标气体吸附、催化，使气相中的SO₂转化为H₂SO₄，以液相赋存于活性焦孔隙中，再经H₂SO₄回收过程实现资源化利用及吸附剂再生。

现有活性焦烟气脱硫技术面临的一个核心问题是对赋存H₂SO₄的活性焦进行脱附再生，这是涉及硫资源回收和吸附剂循环利用的关键环节。研究表明，SO₂的吸附、氧化过程在微孔(<2nm)中进行，且具有吡喃酮或类吡喃酮结构的碱性含氧官能团能极大地促进SO₂的吸附；H₂SO₄的迁移和蓄积发生在中孔(2～50nm)、大孔(>50nm)内，且中孔及大孔表面羧基、酚羟基等极性官能团是H₂O的吸附中心，在“极性吸引”作用下强化H₂SO₄从微孔迁移出来。由此可得，活性焦在脱硫过程中，其内部存在着SO₂→H₂SO₄的分级赋存现象，即SO₂吸附转化发生在微孔内，而副产物H₂SO₄赋存在中孔、大孔内。若在活性焦制备过程中有效控制孔隙结构及其表面官能团分布，则能够强化脱硫过程SO₂→H₂SO₄反应及H₂SO₄迁移，有利于引导副产物H₂SO₄从孔结构中直接解吸出来，降低活性焦再生过程的能耗。

在本领域现阶段研究中，制备脱硫活性焦的方法存在以下问题：

(1)现有活性焦通常采用气体活化法制备，在活化过程中，气体内扩散控制、气体与碳质间的反应控制往往同时发生作用，使得活性焦内部中孔很大程度上以扩宽微孔、烧穿孔壁的方式生成，微孔结构(特别是极微孔结构)遭到破坏。

(2)气体活化过程中，生成碱性含氧官能团数量与极微孔(<0.7nm)比表面积具有明显的正相关关系，极微孔结构扩宽、破坏，使得表面碱性官能团数量随之显著降低。

(3)气体活化温度一般高于700℃，极性含氧官能团由于热稳定性差，在高温条件下分解重组为吡喃酮类碱性官能团，活性焦中孔及大孔表面的极性官能团数量极低。

发明内容

本发明要解决现有气体活化法制备活性焦过程中，微孔破坏导致碱性官能团数量降低，以及中孔及大孔表面极性官能团数量极低的问题，而提供表面官能团极性定向分布的活性焦制备方法。

本发明表面官能团极性定向分布的活性焦制备方法按下列步骤实现：

一、将弱粘结性煤破碎后进行筛分，得到煤粒；

二、在空气流通的条件下，将步骤一得到的煤粒升温至180℃～280℃，停留4h～10h进行空气预氧化处理，得到预氧化处理后的煤粒；

三、在隔绝空气的条件下，将步骤二得到的预氧化处理后的煤粒以8℃/min～15℃/min的升温速率，升温至700℃～800℃，停留时间为0.5h～2h，得到炭化料；

四、对步骤三得到的炭化料进行活化，首先采用水蒸气和O₂组成的混合气体作为活化剂，在700℃～850℃进行活化，活化至烧失率达到25％～35％得到初期活化的活性焦；

五、对步骤四得到的初期活化的活性焦，采用CO₂作为活化剂，在800℃～900℃进行活化，活化至烧失率达到50％～60％得到活性焦；

六、将步骤五得到的活性焦降温至200℃～300℃，在空气流通的条件下，停留2h～4h进行表面氧化处理，得到表面官能团极性定向分布的活性焦；

其中步骤四所述的混合气体中O₂的体积百分数为0～3％。

本发明的有益效果是：