氨水改性对污泥基活性焦脱硫性能的影响

郝苗苗，李明华，王李炜，卢林，任霄汉

(1.山东省生态环境保护宣传教育中心，山东 济南 250100；2.山东水发智慧能源有限公司，山东 济南 250021； 3.山东大学热科学与工程研究中心，山东 济南 250061；4.法能 (中国) 能源技术有限公司，北京 100027)

0 引言

废弃污泥是污水处理厂产生的副产物，产量巨大[1]，污泥妥善处理是当下迫切需要解决的问题。污泥本质是含碳有机物，可用于作为制备活性焦的前体材料。以废弃污泥制备污泥基活性焦，可以将废弃污泥资源化利用，能够解决污泥处置的一些难题，成为了国内外研究的热点[2]。活性焦的吸附能力与其比表面积、孔隙结构和表面官能团密切相关[3-4]。通过碳化活化可制得比表面积较高，孔隙结构较好的污泥基活性焦，但有益于吸附作用的表面官能团种类和含量却相对较少。

烟气中的SO2会对大气环境造成严重污染,对人类、动植物生存构成严重威胁。因此，经济有效的控制SO2排放量显得尤为重要[5]。目前常用的脱硫方法主要有湿法脱硫法、半干法脱硫法和干法脱硫法[6]。湿法脱硫法和半干法脱硫法具有设备投资大,脱硫后产生的固体废渣易引起二次污染，脱硫效率低等缺点。干法脱硫法中的活性焦脱硫具有操作简便、成本低、脱硫效率高等优点,受到了越来越多的欢迎。文章采用不同浓度氨水对污泥基活性焦改性处理，并以SO2为被吸附气体，对原始和改性后的活性炭进行BET、SEM和FT-IR测试，分析其比表面积、孔隙结构和表面官能团的变化，为进一步研制新型活性焦吸附剂提供参考。

1 实验部分

1.1 活性焦的改性

取粉末状污泥基活性焦10 g，于100 mL 不同质量分数(1%、5%、10%、15%)的氨水溶液中，一起装入250 mL锥形瓶中。将锥形瓶置于恒温水浴振荡器中，在水温为30℃，振数为110 r/min的条件下振荡12 h。改性结束后，经去离子水对反应液进行抽滤，直至清洗液与蒸馏水的PH值一致，然后于110℃烘干至恒重，密封起来备用，即制得不同浓度氨水改性的活性焦样品。

1.2 活性焦的结构表征

比表面积和孔结构使用北京贝士德公司生产的BSD-PM高性能分析仪进行测定。采用美国生产的Thermo K-Alpha仪进行X-射线表面光电子能谱(XPS)分析，对选定元素的化学状态和样品的表面组成进行测定。

1.3 活性焦的脱硫性能

在固定床反应器中进行SO2的吸附实验。将0.5 g改性后的活性焦填装在玻璃管中。在70℃的吸附温度下吸附1 h，吸附后的SO2浓度用烟气分析仪检测。

一时间，村里说什么的都有，有的说烂眼阿根和苏秋琴在玉米地里搞时搞死的，有的说是癞阿小弄死他的，也有的说是男人婆弄死的，也有的说是白玉儿弄死的，还有的说是癞阿小和苏秋琴合伙弄死的，他们就逃了……反正说什么的都有，到了第二天傍晚，苏秋琴倒是回来了。她当然不是自己回来的，而是派出所的人找回来的。她确实去了县城，但没有去找白天明。据她自己说，她是去城里散散心的。他们找到她时，正好她也玩腻了，就搭他们的车回来了，连车费都省了。她先去了派出所，把自己出门前前后后都说了。他们就把她放了。

2 结果与讨论

2.1 比表面积和孔隙结构

如表1所示，改性后的活性焦比表面积和微孔比表面积均减小，但微孔比例近似不变，这是因为氨水改性破坏了原有的孔隙结构，进而导致活性焦比表面积的减小。

表1 不同浓度氨水改性对活性焦比表面积和微孔比例的影响

2.2 表面官能团

如图1所示，以5%氨水浓度改性活性焦的N1s谱图为例，活性焦的N1s谱裂变为2个峰，查得结合能较小的峰N1s(1)(398.15ev)为类吡咯官能团，结合能较大的峰N1s(2)(400.61ev)为类吡啶官能团[7]。对未改性的活性焦进行XPS检测，却未发现N1s信号。这说明氨水改性能够给活性焦引入类吡啶、类吡咯等含氮官能团。含氮官能团能够增强活性焦对SO2和水蒸气的吸附能力以及将SO2催化氧化为SO3的活性，从而提高活性焦的脱硫能力[8]。

图1 5%氨水浓度改性活性焦的N1s谱图

2.3 污泥活性焦的脱硫能力

吸附温度为70℃时活性焦的脱硫活性（如图2所示）。可看出，通过不同浓度氨水改性制得活性焦的脱硫活性明显高于未改性制得活性焦的脱硫活性。但通过比较活性焦的比表面积和孔隙结构，未改性所制得活性焦的比表面积和孔隙结构最好，但其脱硫活性最差。这主要是氨水改性给活性焦引入了含氮官能团，改善了活性焦的化学性质。1%浓度氨水改性所制得活性焦的脱硫能力最强，这是因为较低浓度氨水在活性焦内引入含氮官能团的前提下，对孔结构损坏也不大。这说明在活性焦的吸附过程中，不仅化学吸附占主导地位，物理吸附的作用也不容忽视。

图2 70℃时活性焦脱除SO2的活性

3 结语

采用氨水改性制备活性焦虽然可能略微破坏活性焦原有的孔隙结构，但可以有效引入含氮官能团，进而活性焦脱硫活性明显高于未改性前的活性焦，这可归因于活性焦吸附过程中物理性质是吸附的基础，化学性质是吸附的主导。