226 工程科学学报，第43卷，第2期 表2正交实验结果 Table 2 Results of three-factor orthogonal experiment Compressive Number Coal tar Carbonization Carbonization Wear-resisting/ Saturated desulfurization Penetration desulfurization ratio / time/min temperature/℃ % strength/ (N.cm) value per g semi-coke /mg value per g semi-coke /mg 30 30 650 94.72 416.9 8.33 4.94 20 30 750 95.40 393.3 8.14 4.72 3 40 30 700 94.55 301.0 19.96 9.10 4 30 场 750 96.13 354.1 10.69 5.83 5 20 20 700 96.89 322.5 9.05 5.03 6 40 汤 650 95.41 483.7 17.98 8.21 7 30 10 700 96.09 686.1 23.85 9.73 9 650 95.55 530.7 9.57 5.68 40 10 750 96.03 431.2 9.26 5.27 高，代表应用过程中越不易破碎，可循环的次数越 优选方案为煤焦油添加比例40%，温度700℃下 多寿命越长.可见炭化时间是影响兰炭活性炭寿 炭化20min. 命最主要的因素对于饱和脱硫值和穿透脱硫值， 表3是不同活化条件对兰炭改性的影响.研 主要关系重要程度顺序为炭化温度>煤焦油比例> 究表明活化介质中水蒸气浓度增加对活性焦活化 炭化时间.饱和脱硫值和穿透脱硫值直接对应 过程影响不大所以本研究只考察活化时间和 SO2吸附性能，二者值越大代表吸附性能越高.实 和活化温度的影响.活化温度升高、活化时间增 验可知炭化温度是影响吸附性能的主要因素，但 加，扩孔作用增强.与炭化影响类似，活化温度过 过高的温度对强度是有负面影响的.这是由于炭 高、时间过长，将会降低制备吸附剂的强度，孔径 化温度影响主要是对黏结剂热解的影响，过高的 分布变化也会影响硫容.确定最优活化温度为900℃ 炭化温度会对黏结剂的交联作用产生破坏作用， 时间为60min,在此参数下制备成品性能达到如 使活性炭的抗压强度越小，炭化温度越高，黏结剂 下指标，耐磨强度95.81%，抗压强度536.1Ncm, 的热解失重越大，挥发气体使型炭生成的孔隙越 每克兰炭饱和脱硫值45.71mg,每克兰炭穿透脱硫 发达，有利于活化反应)在本研究中确定了制备 值23.45mg,其脱硫性能与机械强度达到了商用活 过程中煤焦油添加比例、炭化时间及炭化温度的 性焦水平 表3活化温度和时间对活化性能的彩响 Table 3 Effect of temperature and activation time on activation property Influence factor Index Wear-resisting/% Compressive strength/ Saturated desulfurization value per Penetration desulfurization value (N.cm g semi-coke /mg per g semi-coke /mg 860℃ 95.85 436.8 45.98 20.33 880℃ 96.19 370.7 34.50 18.71 Activation temperature 900℃ 95.81 536.1 45.71 23.45 920℃ 95.35 355.0 44.68 19.35 20 min 94.69 480.4 32.74 14.07 40 min 94.63 546.6 27.93 12.83 Activation time 60 min 95.70 548.3 34.71 16.45 80 min 94.78 412.0 22.84 10.82 2.1.2改性兰炭SO2吸附性能分析 是以物理吸附被吸附到活性中心，然后发生化学 将制备的改性兰炭进行长时间持续尾气检测 吸附-，吸附量存在一段时间的高速增加，即吸 的吸附SO2实验，出口污染物浓度和SO2吸附量 附速率在吸附起始时较高且能保持一段时间.随 如图2所示.改性兰炭在整个吸附过程中，SO2先 后吸附量的增加逐渐变缓慢，同时在尾气的监测高，代表应用过程中越不易破碎，可循环的次数越 多寿命越长. 可见炭化时间是影响兰炭活性炭寿 命最主要的因素. 对于饱和脱硫值和穿透脱硫值， 主要关系重要程度顺序为炭化温度>煤焦油比例> 炭化时间. 饱和脱硫值和穿透脱硫值直接对应 SO2 吸附性能，二者值越大代表吸附性能越高. 实 验可知炭化温度是影响吸附性能的主要因素，但 过高的温度对强度是有负面影响的. 这是由于炭 化温度影响主要是对黏结剂热解的影响，过高的 炭化温度会对黏结剂的交联作用产生破坏作用， 使活性炭的抗压强度越小，炭化温度越高，黏结剂 的热解失重越大，挥发气体使型炭生成的孔隙越 发达，有利于活化反应[15] . 在本研究中确定了制备 过程中煤焦油添加比例、炭化时间及炭化温度的 优选方案为煤焦油添加比例 40%，温度 700 ℃ 下 炭化 20 min. 表 3 是不同活化条件对兰炭改性的影响. 研 究表明活化介质中水蒸气浓度增加对活性焦活化 过程影响不大[16] . 所以本研究只考察活化时间和 和活化温度的影响. 活化温度升高、活化时间增 加，扩孔作用增强. 与炭化影响类似，活化温度过 高、时间过长，将会降低制备吸附剂的强度，孔径 分布变化也会影响硫容. 确定最优活化温度为 900 ℃ 时间为 60 min，在此参数下制备成品性能达到如 下指标，耐磨强度 95.81%，抗压强度 536.1 N·cm−1 ， 每克兰炭饱和脱硫值 45.71 mg，每克兰炭穿透脱硫 值 23.45 mg，其脱硫性能与机械强度达到了商用活 性焦水平. 表 3 活化温度和时间对活化性能的影响 Table 3   Effect of temperature and activation time on activation property Influence factor Index Wear-resisting/% Compressive strength/ (N·cm−1) Saturated desulfurization value per g semi-coke /mg Penetration desulfurization value per g semi-coke /mg Activation temperature 860 ℃ 95.85 436.8 45.98 20.33 880 ℃ 96.19 370.7 34.50 18.71 900 ℃ 95.81 536.1 45.71 23.45 920 ℃ 95.35 355.0 44.68 19.35 Activation time 20 min 94.69 480.4 32.74 14.07 40 min 94.63 546.6 27.93 12.83 60 min 95.70 548.3 34.71 16.45 80 min 94.78 412.0 22.84 10.82 2.1.2    改性兰炭 SO2 吸附性能分析 将制备的改性兰炭进行长时间持续尾气检测 的吸附 SO2 实验，出口污染物浓度和 SO2 吸附量 如图 2 所示. 改性兰炭在整个吸附过程中，SO2 先 是以物理吸附被吸附到活性中心，然后发生化学 吸附[17−18] ，吸附量存在一段时间的高速增加，即吸 附速率在吸附起始时较高且能保持一段时间. 随 后吸附量的增加逐渐变缓慢，同时在尾气的监测 表 2 正交实验结果 Table 2 Results of three-factor orthogonal experiment Number Coal tar ratio /% Carbonization time /min Carbonization temperature /℃ Wear-resisting / % Compressive strength / (N·cm−1) Saturated desulfurization value per g semi-coke /mg Penetration desulfurization value per g semi-coke /mg 1 30 30 650 94.72 416.9 8.33 4.94 2 20 30 750 95.40 393.3 8.14 4.72 3 40 30 700 94.55 301.0 19.96 9.10 4 30 20 750 96.13 354.1 10.69 5.83 5 20 20 700 96.89 322.5 9.05 5.03 6 40 20 650 95.41 483.7 17.98 8.21 7 30 10 700 96.09 686.1 23.85 9.73 8 20 10 650 95.55 530.7 9.57 5.68 9 40 10 750 96.03 431.2 9.26 5.27 · 226 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期