کربن فعال دارای ساختار منفذ بسیار توسعه یافته و یک سطح خاص عظیم است، بنابراین جذب قوی دارد، همراه با سطح کربن فعال حاوی گروه های عملکردی متعدد حاوی اکسیژن است، بنابراین یک جاذب عالی، کاتالیزور و حامل کاتالیزور است.
1.اصل دی اکسید کربن فعال
جذبفعالکربن برای SO2 شامل جذب فیزیکی و جذب شیمیایی است. هنگامی که بخار آب و اکسیژن در گاز فلو وجود ندارد، جذب فیزیکی عمدتاً رخ می دهد، و مقدار جذب کوچک است. هنگامی که گاز فلو حاوی بخار آب و اکسیژن کافی است، دسولفوریزاسیون گاز فلوئز کربن فعال فرایندی از هر دو جذب شیمیایی و جذب فیزیکی است. جذب فیزیکی ابتدا رخ می دهد، و سپس اکسیداسیون کاتالیزوری SO2 جذب شده بر روی سطح کربن فعال به H2 SO4 در حضور آب و اکسیژن.
2.فعال شدن فرایند واکنش دی اکسید کربن در حضور H2O
گوگرد زدایی گاز کربن فعال با دیگر فناوری گوگرد زدایی گاز فلوئور متفاوت است. این یک تکنولوژی بر اساس نظریه جذب میکروپور سنتی است. با این حال، این فرایند جذب با فناوری رایج تصفیه آب جذب صنعتی بسیار متفاوت است، زیرا شامل انتقال جرم جذب مواد چند جزءه است، بنابراین فرایند جذب آن بسیار پیچیده است. در حضور آب، در سطح نزدیک کربن فعال، سطح، سوراخ، منفذ بزرگ و سوراخ میکرو، همه می توانند آب، بخار، SO2، SO2-3، SO2-4، و دیگر اجزای مخلوط پیچیده، حضور این مولکول ها، یا قطعات و کمیت آن را تشکیل دهند، یا می توانند بهبود عملکرد جذب را ترویج کنند، یا می توان قابلیت جذب کربن را فعال کرد. مشارکت H2O به طور اساسی مکانیسم واکنش SO2 را بر روی سطح کربن تغییر می دهد، و فرضیه های زیادی در مورد فرایند واکنش وجود دارد. لیزیو، موچیدا، کازورلا-Amoros و همکارانش معتقد بودند که SO2 و O2 برای سایت های فعال رقابت می کنند. در میان سه واکنش اکسیداسیون ممکن، تنها فرمول زیر را می توان هموار انجام داد: C -- SO2 +O2 +C -- SO3 +C -- O، که تنها اکسیژن گازی می تواند با SO2 adsorbed واکنش نشان دهد.
تامورا معتقد بود که مولکول های H2O، SO2 و O2 می توانند توسط کربن فعال جذب شوند. تا زمانی که فاصله کافی نزدیک بین آن ها و پیکربندی فضایی خاصی وجود داشت، می توانستند مستقیماً با یکدیگر واکنش نشان دهند و در نهایت H2 SO4 تولید کنند. در این مدل نظری، معادله اکسیداسیون C -- SO2 +C -- O C -- SO3 +C است.
زاوادزکی و همکارانش بر این باور بودند که مشارکت H2O مکانیسم واکنش SO2 را بر روی سطح کربن تغییر داد و واکنش اکسیداسیون در غیاب H2O قابل انجام نیست. در حضور H2O، گروه های تابعی پیرونون و الکترون های π دلوکلیزه شده بر روی سطح کربن فعال با مولکول های H2O واکنش می دهند تا H2O2 تولید کنند، که می تواند H2 SO3 تشکیل شده پس از حل SO2 در آب به H2 SO4 اکسیده شود.
ما معتقدیم که در حضور آب، تعداد سایت های جذب مؤثر با حجم و تعداد میکروپورها تعیین نمی شود و نظریه پرکردن میکروپور برای نمک زدایی کربن فعال شده با فرار آب مناسب نیست، مکانیسم تامورا و نظریه لیزیو برای این فناوری مناسب نیست. تحلیل نظری زاوادزکی توضیح معقولی است. سطح کربن فعال باید معادله زیر را دنبال کند: SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.اصل حذف نیتروژن توسط کربن فعال
فناوری دنیتراسیون کربن فعال را می توان به روش جذب، روش کاهش کاتالیزوری انتخابی NH3 و روش کاهش کربن داغ تقسیم کرد. روش جذب از ساختار میکروپورو و گروه های عملکردی کربن فعال برای جذب NOx استفاده می کند، و NO را با واکنش پذیری پایین به NO2 با واکنش پذیری بالا اکسید می کند. در مورد مکانیسم جذب کربن فعال NOx، هنوز تفاوت های زیادی بین محققان وجود دارد. روش کاهش کاتالیزوری انتخابی NH3 از کربن فعال شده برای جذب NOx برای کاهش انرژی فعال سازی واکنش بین NOx و NH3 و بهبود نرخ بهره برداری از NH3 استفاده می کند. روش کاهش کربن داغ استفاده از واکنش کربن و NOx در دمای بالا برای تولید دی اکسید کربن و N2 است، مزیت این است که نیازی به کاتالیزور نیست، کربن جامد ارزان است، منبع گسترده، گرمای تولید شده توسط واکنش را می توان بازیافت کرد. با این حال، مطالعات جنبشی نشان می دهد که واکنش بین O2 و کربن زودتر از آن بین NOx و کربن است، بنابراین وجود O2 در گاز فلو باعث افزایش مصرف کربن می شود.
نتایج نشان می دهد که جذب SO2 بر روی کربن فعال عمدتاً جذب شیمیایی است، و کارایی سوخت زدایی بیش از ۹۶٪ با مخلوط SO2 با خلوص بالا، بخار هوا و آب برای شبیه سازی گاز فلوئ صنعتی واقعی است. مخلوط NOx خلوص بالا، بخار هوا و آب برای شبیه سازی گاز فلوت صنعتی واقعی استفاده می شود، و جذب NOx توسط کربن فعال شامل جذب فیزیکی و جذب شیمیایی است. در شرایطی که هیچ گاز SO2 در جریان گاز وجود ندارد، بازده حذف نیتروژن کربن فعال شده زمانی که کربن فعال به تعادل جذب پویا می رسد، بالاتر از ۷۵٪ است. مخلوطی از SO2 با خلوص بالا، NOx، بخار هوا و آب برای شبیه سازی گاز واقعی فلوت صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. هنگامی که SO2 و NOx در جریان گاز وجود داشتند، ظرفیت جذب و زمان اشباع جذب کربن فعال افزایش یافت، در حالی که کارایی سوخت زدایی، سرعت جذب و طول باند جذب کمی تغییر کرد. با توجه به جایگزینی NO توسط SO2، ظرفیت جذب NOx و زمان تعادل جذب پویا کربن فعال به شدت کاهش می یابد، کارایی حذف نیتروژن بسیار کم است، طول باند جذب NOx افزایش می یابد، و سرعت جذب کاهش می یابد. نه SO2 و نه NOx مرکز جذب فعال را به تنهایی اشغال نمی کنند، بلکه در مرکز جذب فعال همکاری دارند. کربن فعال ترجیحا adsorbs SO2 به طور انتخابی، و NOx جذب فیزیکی جایگزین و حل شده توسط SO2. NOx Chemisorbed می تواند جذب کربن فعال شده بر روی SO2 را ترویج کند. در عین حال SO2 نیز می تواند جذب NOx را توسط کربن فعال ترویج کند.
