SO₂污染是我國嚴重的環境問題，已經得到了廣泛的重視。在眾多的煙氣脫硫脫氮技術中，活性炭吸附法是唯一一種能脫除煙氣中多種污染物的方法，其中包括SO₂、NO_x、煙塵粒子、汞、二噁英、呋喃、重金屬、揮發性有機物及其他微量元素。發展此類煙氣脫硫脫氮技術，控制我國燃煤SO₂和NO_x排放，對于國民經濟的可持續性發展意義重大。

下面我們一起來了解下，活性炭在火電廠煙氣脫硫脫氮中的應用，以及活性炭材料在大氣污染控制中的可用性與發展前景。

活性炭具有高度發達的孔隙結構和巨大的比表面積，因而具有很強的吸附性，加之活性炭表面含有多元含氧官能團，所以它既是優良的吸附劑，又是催化劑和催化劑載體。

1、活性炭脫硫原理

活性炭對SO₂的吸附包括物理吸附和化學吸附。當煙氣中無水蒸汽和氧氣存在時，主要發生物理吸附，吸附量較小。當煙氣中含有足量水蒸汽和氧時，活性炭法煙氣脫硫是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程。首先發生的是物理吸附，然后在有水和氧氣存在的條件下將吸附到活性炭表面的SO₂催化氧化為H₂SO₄。長期以來，人們將反應的總過程用以下化學方程式描述：

SO₂+O₂+H₂O→H₂SO₄

2、有H₂O存在時的活性炭脫硫反應過程

活性炭煙氣脫硫法不同于其他的煙氣脫硫技術，它是以傳統的微孔吸附原理為理論基礎的一門技術。然而，這種吸附作用與常用的工業吸附凈化水技術有很大的區別，由于涉及到多組分物質的吸附傳質，使其吸附過程十分復雜。在有水存在的條件下，在活性炭表面附近、表面、中孔、大孔以及微孔內，均可形成水、水蒸汽、SO₂、SO^2-₃、SO^2-₄等多種組分的復雜混合體，這些分子或離子的存在及其數量，或可促進吸附性能的提高，或可制約活性炭的吸附能力。H₂O的參與從根本上改變了SO₂在炭表面的反應機理，有關反應過程的假設眾說紛紜。

有人認為SO₂和O₂存在競爭活性位的現象，在可能存在的3種氧化反應中，只有下式可以順利進行：

C-SO₂+O₂+C→C-SO₃+C-O

即只有氣態的氧才可以與吸附態的SO₂反應。

還有人認為H₂O、SO₂和O₂分子可被活性炭吸附，只要它們之間具有足夠近的距離和一定的空間構型，彼此之間就可直接反應，并生成H₂SO₄。

在這種理論模型中，氧化反應式為：

C-SO₂+C-O→C-SO₃+C

上式為反應的控制步驟，其余的反應步驟則依賴該反應的順利與否。

3、活性炭脫氮原理

活性炭脫氮技術可以分為吸附法、NH₃選擇性催化還原法和熾熱炭還原法。

吸附法是利用活性炭的微孔結構和官能團吸附NO_x，并將反應活性較低的NO氧化為反應活性較高的NO₂。關于活性炭吸附NO_x的機理，研究人員之間還存在較大的分歧。NH₃選擇性催化還原法是利用活性炭吸附NO_x，降低NO_x與NH₃的反應活化能，提高NH₃的利用率。

熾熱炭還原法是在高溫下利用炭與NO_x反應生成CO₂和N₂優點是不需要催化劑，固體炭價格便宜，來源廣，反應生成的熱量可以回收利用。然而動力學研究表明，O₂與炭的反應先于NO_x與炭的反應，故煙氣中O₂的存在使炭的消耗量增加。

對活性炭脫硫脫氮的性能和機理以及SO₂和NO_x在活性炭上競爭吸附的機理進行了深入的研究。

研究表明：以高純度的SO₂空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業煙氣，活性炭對SO₂的吸附主要是化學吸附，其脫硫效率大于96%；

以高純度的NO_x、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業煙氣，活性炭對NO_x的吸附則包括物理吸附和化學吸附。

在氣流中無SO₂氣體存在的條件下，活性炭具有較高的脫氮效率，當活性炭達到動態吸附平衡時，脫氮效率大于75%；

以高純度的SO₂、NO₂、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業煙氣，當氣流中同時存在SO₂和NO_x時，活性炭吸附SO₂的容量及吸附飽和時間均增加，而脫硫效率、吸附速度和吸附帶長度則變化很小。由于物理吸附的NO被SO₂置換解析，活性炭吸附NO_x的容量和動態吸附平衡時間急劇下降，脫氮效率很低，NO_x的吸附帶長度增加，吸附速度下降。SO₂和NO_x都不會單獨占據活性吸附中，而是共同存在于活性吸附中。活性炭優先選擇性吸附SO₂物理吸附的NO_x被SO₂置換解析。化學吸附的NO_x能夠促進活性炭對SO₂的吸附。同時，SO₂也能夠促進活性炭對NO_x的吸附。

4、總結

目前，活性炭法脫除燃煤煙氣中NO_x還沒有達到工業應用水平，活性炭吸附NO_x的性能、吸附反應機理，較佳脫氮條件等還有待進一步研究。活性炭法煙氣脫硫已有了成功應用的實例，然而仍有許多問題有待研究，例如：溫度、水等對活性炭吸附性能的影響規律以及脫硫的較佳條件等。開發新型活性炭(增加強度和吸附容量)降低活性炭再生的能耗、改善脫附方式、有效提高脫附效率是活性炭吸附法的進一步研究方向。