飞速增长的工业生产引起的环境污染一直以来都是环境保护工作需要重点解决的问题。根据环保部发表的《2015年中国环境状况公报》，全国338个地级以上的城市环境质量达标率仅为21.6%，雾霾与酸雨城市的比例占到22.5%。重工业如钢铁、冶金、燃煤、石化行业等生产过程排放的尾气中污染物如SOx和NOx尤其严重，应为环境治理作出表率。

我国工业上大多以石灰石-石膏湿法烟气脱硫为主，设备磨损、管路堵塞结垢和副产物石膏的处理问题一直难以解决。随着环保要求的提高，对于NOx、重金属、二噁英、硫化氢等污染物的排放要求日益严格，相比之下，干法烟气净化技术-活性炭(本文中活性炭和活性焦全都广义上称为活性炭，不做区分)烟气脱硫脱硝技术具备一定优势[1]：可以在不耗水的基础上吸附SO2，活性炭的强吸附性和一定的催化活性还可同时实现NOx、重金属、粉尘、二噁英的脱除，通过再生过程还可实现活性炭的重复利用，整个过程无污染。早在20世纪中期开始，日本、德国的几大公司便逐渐将活性炭联合脱硫脱硝工艺应用于燃煤电厂、燃煤锅炉、钢铁烧结机，脱硫脱硝率可达到90%以上[2-3]。我国湖北松木坪电厂于1979年首次引进了活性炭法脱硫技术，使用含碘活性炭做催化剂在固定床上进行吸附[4]，然而此工艺由于碘流失严重而未能成功应用。山西太钢于2011年在国内率先采用日本住友公司的活性炭移动床硫脱硝一体化工艺[5-9]，集脱硫脱硝除尘于一体，使用浸没燃烧法得到98%的浓硫酸副产品，一定程度上实现了资源的回收利用。

本文以活性炭在烟气净化过程中的应用性能优化为主线，重点就活性炭材料的制备和力学强度调控、孔结构调控和表面改性这三个方面的研究进展进行了系统介绍和分析。

1 活性炭脱硫脱硝原理

典型的碳材料脱硫硝技术是1976年德国Bergbau-Forschung公司开发出的活性焦法脱硫脱硝技术，简称Mitsui-BF，使用图1所示的活性焦移动床吸附器，按照1～3反应式完成整个烟气净化过程。烟气首先进入第一级脱硫系统，SOx被活性焦吸附，在空气和水分存在的条件下发生反应(1)被催化氧化为吸附态硫酸，活性焦随即被送至再生反应器中，在380～420℃下按照(2)式热解再生[10]，同时释放出高浓度SO2，活性焦冷却后可循环使用；脱去SO2的烟气上升至第二级脱硝塔中与氨气混合，NOx按照(3)式被还原为N2，洁净尾气最后排空。该法最佳脱硫脱硝反应温度为100～200℃，此过程SO2的脱除率可达到97%以上，NOx的去除率最高可达到80%～85%[11-12]。

SO2+1/2O2+H2O→H2SO4

H2SO4+1/2C→SO2+1/2CO2+H2O

NO+NH3+1/4O2→N2+3/2H2O

图1 Mitsui-BF过程流程图

活性炭烟气脱硫脱硝过程中，孔结构和表面特性决定着活性炭对NOx和SO2的吸附能力及催化性能，并且孔结构也影响着活性炭对生成的硫酸及硫酸盐的储存能力和活性炭的使用寿命。

2 脱硫脱硝活性炭的制备及强度优化

2.1 制备方法

就生产活性炭的原材料来说，煤质和木质的活性炭较为常见[13-14]。工业烟气净化所需的活性炭量较大，常用烟煤[15]、褐煤[16]等廉价易得的材料制备活性炭。一些农业废弃物如废茶[17]、核桃壳[18]、松子壳[19-21]等也可以作为活性炭的原材料。

活性炭的制备方法主要包括预处理、成型、碳化、活化四步。原料的预处理包括脱灰和预氧化。脱灰过程可丰富活性炭的孔结构，提高吸附性能，但成本较高。预氧化处理可降低活化温度，提高吸附性能和产率。成型方法主要有两种：碳质前躯体直接碳化和粉状活性炭人工成型。王罡[20]等将松子壳直接于350～600℃下炭化，筛分出粒度10 mm的炭化料使用水蒸气在750～900℃下活化，得到活性炭的碘吸附值最高可达950 mg/g。此种前驱体直接炭化成型的方法制备的活性炭虽然可以获得高的比表面积及吸附性能，但是高温活化过程容易造成成型颗粒结构的坍塌和机械强度的降低。肇巍[22]等以粉状白酒糟活化炭为原料，以羧甲基纤维素(CMC)为增稠剂、煤焦油和酒糟活性炭灰分碱处理溶出液来粘结成型，4 MPa成型压力下制得的成型活性炭碘吸附能力在600 mg/g以上，经500～800℃热处理，侧压强度保持在120N/cm以上。近年来化学自成型法逐渐被广泛研究，即使用磷酸或氯化锌等脱水剂作用于木质活性炭，使木质素或纤维素进行水解、脱水、缩合等反应，直接生成具有一定比表面积的活性炭。林冠烽[23]使用50%的磷酸浸渍杉木屑，溶胀后捏合成型，于450℃下保温1 h直接制得比表面积在1600m2/g以上的活性炭。自成型法需耗费大量的脱水剂，成本较高，且一般以天然植物为原料，经炭化和活化后主要转化为较为疏松的无定形炭，机械强度较差[24]，强度太低容易使活性炭在运输过程中粉尘化，不适合大批量的工业应用。

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