工程科学学报.第43卷，第2期：223-231.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:223-231,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.21.001;http://cje.ustb.edu.cn 改性兰炭烟气$O,吸附材料的制备及其再生性能 刘俊杰12，苏伟)四，邢奕，)，刘卫民4)，赵青涛2)，庞升果2)，蒋兟2， 卫祥民2》，历新燕 1)北京科技大学能源与环境工程学院，北京1000832)北京北方节能环保有限公司，北京1000703)工业典型污染物资源化处理北京市 重点实验室，北京1000834)北京建筑材料科学研究总院有限公司固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，Email:suwei.3007@163.com 摘要利用活性炭（焦）等吸附剂将烟气中的污染物分离出来是一种有效的烟气治理与资源化方式.兰炭作为一种廉价半 焦碳素材料，是一种有潜力代替现有商用活性焦的多孔材料.本文采用陕西兰炭作为研究对象，研究炭化时间、炭化温度、黏 结剂添加量等改性工艺对所制备的吸附剂性能的影响，考察了微观形貌变化，利用X射线光电子能谱(XPS)探究在吸附解吸 过程中的表面官能团的变化.结果表明，炭化温度对耐磨强度、耐压强度指标影响显著，炭化时间对饱和脱硫值和穿透脱硫 值影响显著；在煤焦油添加比例50%，700℃炭化20min,900℃活化60min条件下制得改性兰炭参数为：耐磨强度95.81%， 抗压强度536.1Ncm,每克兰炭饱和脱硫值45.71mg,每克兰炭穿透脱硫值23.45mg:经历多次吸脱附过程第一次失活时， 表面被大面积刻蚀，孔隙与小颗粒增多.兰炭吸附剂失活后可以通过二次活化的方式提高其吸附性能，但衰减速度比新改性 兰炭要快.二次失活后，在酸蚀刻、水蒸气扩孔等共同作用下致使骨架结构过度烧蚀而坍塌：改性兰炭表面含氧基团的量和 构成比例会影响吸附性能.含氧与含碳基团的比值与吸附性能相对应，含氧基团比例越高，吸附性能越差.二次活化再生改 变了各含氧基团所占比例.令C一0显著下降，O一C=O显著增加，C一O变化不大.O一C=0官能团尽管含氧，但可能对吸附 抑制作用不显著.本研究将为工业烟气治理提供一种新型吸附剂的制备方法，同时也为兰炭表面改性以及二氧化硫吸附解 吸机制的研究提供参考 关键词兰炭：吸附剂：烟气净化：再生：活化 分类号X511 Preparation and regeneration performance of modified semi-carbon for flue gas SO2 adsorbent LIU Jun-jie2,SU Wei,XING Yi),LIU Wei-min,ZHAO Qing-tao,PANG Sheng-guo,JIANG Shen,WEI Xiang-min, LI Xin-yan 1)School of Energy and Environmental Engineering,Beijing University of Science and Technology,Beijing 100083,China 2)China North Energy Conservation and Environment Protection Co.,Ltd.,Beijing 100070,China 3)Beijing Key Laboratory of Resource-oriented Treatment of Industrial Pollutants,Beijing 100083,China 4)State Key Laboratory Solid Waste Reuse for Building Materials,Beijing Building Materials Academy of Sciences Research,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:suwei3007@163.com ABSTRACT The use of adsorbents such as activated coke to separate pollutants from flue gas is an effective flue gas treatment method.As a cheap carbon material,semi-carbon is a potential porous alternative material to the existing commercial activated coke.In 收稿日期：2020-02-21 基金项目：国家自然科学基金青年资助项目(21707007)：国家重点研发专项资助项目(2017Y℉C0210300):国家自然科学基金资助项目 (51774038)改性兰炭烟气 SO2 吸附材料的制备及其再生性能 刘俊杰1,2)，苏    伟1,3) 苣，邢    奕1,3)，刘卫民4)，赵青涛2)，庞升果2)，蒋    兟2)， 卫祥民2)，历新燕1) 1) 北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083    2) 北京北方节能环保有限公司，北京 100070    3) 工业典型污染物资源化处理北京市 重点实验室，北京 100083    4) 北京建筑材料科学研究总院有限公司固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京 100083 苣通信作者，Email：suwei3007@163.com 摘    要    利用活性炭（焦）等吸附剂将烟气中的污染物分离出来是一种有效的烟气治理与资源化方式. 兰炭作为一种廉价半 焦碳素材料，是一种有潜力代替现有商用活性焦的多孔材料. 本文采用陕西兰炭作为研究对象，研究炭化时间、炭化温度、黏 结剂添加量等改性工艺对所制备的吸附剂性能的影响，考察了微观形貌变化，利用 X 射线光电子能谱（XPS）探究在吸附解吸 过程中的表面官能团的变化. 结果表明，炭化温度对耐磨强度、耐压强度指标影响显著，炭化时间对饱和脱硫值和穿透脱硫 值影响显著；在煤焦油添加比例 50%，700 ℃ 炭化 20 min，900 ℃ 活化 60 min 条件下制得改性兰炭参数为：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；经历多次吸脱附过程第一次失活时， 表面被大面积刻蚀，孔隙与小颗粒增多. 兰炭吸附剂失活后可以通过二次活化的方式提高其吸附性能，但衰减速度比新改性 兰炭要快. 二次失活后，在酸蚀刻、水蒸气扩孔等共同作用下致使骨架结构过度烧蚀而坍塌；改性兰炭表面含氧基团的量和 构成比例会影响吸附性能. 含氧与含碳基团的比值与吸附性能相对应，含氧基团比例越高，吸附性能越差. 二次活化再生改 变了各含氧基团所占比例，令 C=O 显著下降，O−C=O 显著增加，C−O 变化不大. O−C=O 官能团尽管含氧，但可能对吸附 抑制作用不显著. 本研究将为工业烟气治理提供一种新型吸附剂的制备方法，同时也为兰炭表面改性以及二氧化硫吸附解 吸机制的研究提供参考. 关键词    兰炭；吸附剂；烟气净化；再生；活化 分类号    X511 Preparation  and  regeneration  performance  of  modified  semi-carbon  for  flue  gas  SO2 adsorbent LIU Jun-jie1,2) ，SU Wei1,3) 苣 ，XING Yi1,3) ，LIU Wei-min4) ，ZHAO Qing-tao2) ，PANG Sheng-guo2) ，JIANG Shen2) ，WEI Xiang-min2) ， LI Xin-yan1) 1) School of Energy and Environmental Engineering, Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083, China 2) China North Energy Conservation and Environment Protection Co., Ltd., Beijing 100070, China 3) Beijing Key Laboratory of Resource-oriented Treatment of Industrial Pollutants, Beijing 100083, China 4) State Key Laboratory Solid Waste Reuse for Building Materials, Beijing Building Materials Academy of Sciences Research, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: suwei3007@163.com ABSTRACT    The  use  of  adsorbents  such  as  activated  coke  to  separate  pollutants  from  flue  gas  is  an  effective  flue  gas  treatment method. As a cheap carbon material, semi-carbon is a potential porous alternative material to the existing commercial activated coke. In 收稿日期: 2020−02−21 基金项目: 国家自然科学基金青年资助项目（21707007）；国家重点研发专项资助项目（2017YFC0210300）；国家自然科学基金资助项目 （51774038） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：223−231，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 223−231, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.21.001; http://cje.ustb.edu.cn