活性炭浸渍双金属对硫化氢的吸附解吸性能

　　生物能源可分为三类：生物燃料、沼气和固体生物质。在一致和可预测的生产率方面，由生物质产生的沼气比风能、太阳能和其他可再生能源具有优势。为了使用甲烷作为新能源，硫化氢气体是必须要解决的问题。因此，本研究的目的是使用活性炭、金属醋酸盐、金属氧化物和碱性复合氢氧化钾表面改性的双金属活性炭在低温下对硫化氢的吸附性能。

　　活性炭的表征分析

　　活性炭与双金属吸附剂的吸附性能，在本研究中用双金属浸渍的方法在化学品中，制备了ZnAc2与金属氧化物(ZnO或TiO2)和碱性化合物(KOH)的混合物。然后使用SEM-EDX、BET、TGA和FTIR分析对合成的吸附剂进行表征。随后在吸附柱中用硫化氢气体对合成的吸附剂进行实际吸附测试。SEM-EDX分析在图1显示了双金属活性炭和单金属活性炭的形态图像，放大倍率为2.5Kx，在2微米尺度上。观察到吸附剂表面的形态具有模糊或白色的成分。模糊或白色的成分是浸渍过程产生的活性炭表面的预期化学成分分布。

　　图1：活性炭双金属浸渍吸附剂的SEM形态图像，比例放大2.5Kx(2μm)。(a)ZnAc2/ZnO/活性炭，(b)ZnAc2/KOH/活性炭，(c)ZnAc2/TiO2/活性炭，(d)ZnAc2/活性炭。

　　硫化氢气体吸附-解吸实测

　　实验室规模的实验装置图如图2所示，吸附测试在环境条件(T=30℃)下进行，进料浓度(5000ppm硫化氢在氮气中稀释)、流速(5.5L/秒)和绝对压力(1.5bar)保持不变在整个吸附过程中保持不变。在将硫化氢气体送入吸附系统之前，将100克活性炭装入柱中。根据环境安全的要求，出口硫化氢浓度保持恒定在5ppm。使用便携式分析仪记录所有释放硫化氢的输出浓度。接下来，每种吸附剂最多可用于三个吸附-解吸循环。对于每次解吸的吸附剂再生，该过程在三种不同的鼓风机温度下变化：50℃、100℃和150℃。每个温度对下一个循环的吸附都有显着影响。解吸过程的温度条件的选择对于获得最佳的硫化氢气体吸附和在几个吸附-解吸循环中稳定吸附剂非常重要。

　　图2：硫化氢气体吸附-解吸实际测试的实验装置。

　　通过选择合成吸附剂对硫化氢气体的吸附效果产生了如图3所示的吸附曲线。这些吸附曲线也与使用浸渍活性炭和原活性炭实现的吸附进行了比较。我们发现吸附趋势呈指数增长，形成S曲线。突破时间被确定为硫化氢浓度达到1ppm(突破浓度)和饱和浓度达到几乎5000ppm的值所用的时间。与其他双金属活性炭吸附剂相比，ZnAc2/ZnO/活性炭吸附剂的吸附表现出优异的性能。双金属活性炭吸附剂的合成表现出良好的性能，与ZnAc2/活性炭和原活性炭相比，硫化氢的吸附增加了30.2-45.8%和85.9-89.1%。因此，采用这种浸渍方法的活性炭表现出的高吸附增强了硫化氢吸附能力。

　　图3：硫化氢曲线随时间变化的相对浓度。

　　温度度对解吸的影响

　　吸附-解吸方法用于确定所有活性炭吸附剂通过饱和吸附剂再生的吸附量。我们对再生过程的三个温度(解吸温度)进行了检查50、100和150℃，结果表明，这些吸附剂中的每一种都在第一个再生循环中表现良好。这可能是由于吸附剂表面的孔隙具有大量活性位点。然而，在第二个循环中，在第一个循环的解吸过程之后，高温(150℃)表现出比低温(50℃和100℃)更有利的吸附性能。对于第三个循环后会进一步下降，当解吸过程中使用低温(50℃)时，ZnAc2/ZnO/活性炭吸附剂在随后的循环中的吸附-解吸性能不太有利，在第二个循环中降低了46.7%，在第三个周期再增加26.0%。然而，ZnAc2/TiO2/活性炭和ZnAc2/KOH/活性炭的低温吸附过程优于高温吸附过程，第二循环的吸附容量降低了37.1%和23.3%。第三个循环显示这几种活性炭减少了21.0、19.3和33.1%。发现从第一个到第三个循环的总体下降为60.9%。可以得出结论，双金属浸渍活性炭吸附剂比其他吸附剂能实现更高的硫化氢气体吸附。然而，为了再生这种吸附剂，需要提高吸附温度。相比之下，另外两种吸附剂在低于150℃的温度下表现出更好的磨料循环性能。

　　使用过的活性炭分析

　　SEM-EDX分析在图4显示了吸附过后几种活性炭的形态图像，放大倍率为2.5Kx，尺寸为2微米。图像显示，与双金属浸渍活性炭吸附剂相比，原活性炭和单金属浸渍的形态表现出清晰光滑的表面。如图所示，在吸附剂表面可以观察到一种化学混合物，呈模糊或白色组合物的形式，这被认为是由用于活性炭结垢的化学物质引起的。然而，SEM图像无法提供有关吸附剂表面元素浓度的定量信息。因此，还进行了EDX分析以研究吸附剂表面上元素的浓度。

　　图4：(a)ZnAc2/ZnO/活性炭、(b)ZnAc2/活性炭和(c)原活性炭吸附剂在不同解吸温度下的2.5Kx放大倍率和2微米尺度的SEM显微照片。

　　活性炭浸渍双金属对硫化氢的吸附解吸性能，总之对于使用双金属浸渍活性炭的吸附过程，最佳地确定了吸附硫化氢的潜在吸附剂。ZnAc2/ZnO/活性炭吸附剂被确定为具有更高的吸附容量，在解吸操作温度下，在吸附-解吸过程的三个循环中容量150℃的条件下总体下降51.1%。尽管超过三个吸附-解吸循环，但使用ZnAc2/ZnO/活性炭的吸附在进一步吸附中仍被认为是良好的。然而，这种吸附剂的使用在低温下不太合适，例如50℃。然而，低温被确定为产生有利的其他浸渍的活性炭的吸附性能，但在150℃下吸附能力仍无法与ZnAc2/ZnO/活性炭的效率相匹配。因此，我们的分析支持了这种吸附能力，这表明氧和水分含量的存在肯定会增强硫化氢的吸附能力。此外，较高的解吸操作温度可以提高表面性能，有利于下一个吸附循环的性能。