活性炭表面的官能團(tuán)種類(lèi)對(duì)脫硫脫硝性能有著大的影響?；钚蕴勘砻娴膲A性官能團(tuán)(主要包括部分含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán))有助于對(duì)酸性氣體的吸附脫除。氧元素容易被化學(xué)吸附在炭表面的活性位上而形成表面含氧官能團(tuán)，其存在使活性炭表面性顯著增大，對(duì)活性炭表面的酸堿性、吸附選擇性、反應(yīng)性產(chǎn)生重要影響。堿性含氧官能團(tuán)主要包括醌式羰基、吡喃酮基和苯并吡喃基。醌式羰基中的氧原子由于具有孤對(duì)電子，會(huì)顯出一定的堿性，這對(duì)于酸性氣體S02的吸附是有利的?；钚蕴勘砻娴膲A性含氧官能團(tuán)吡喃酮/類(lèi)吡喃酮為吸附SO2提供了活性位。氮原子根據(jù)所處環(huán)境的不同，可以將引人到碳材料上的氮分為以表面官能團(tuán)的形式出現(xiàn)在碳材料的表面的化學(xué)N和直接進(jìn)入碳材料的骨架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)N兩類(lèi)。圖2(右圖)顯示了活性炭質(zhì)材料上氮官能團(tuán)的存在類(lèi)型和位置。

　　化學(xué)改性可以通過(guò)改變活性炭表面的官能團(tuán)來(lái)增加氣體吸附的活性位，也可以通過(guò)負(fù)載催化劑來(lái)提高對(duì)脫硫脫硝的催化活性。

1.酸堿處理改性

　　酸處理通常采用硫酸、硝酸，堿處理等。我們發(fā)現(xiàn)活性炭纖維經(jīng)濃鹽酸/硝酸氧化之后，氧官能團(tuán)含量增加不利于SO2的吸附，經(jīng)400~1000℃熱處理之后氧官能團(tuán)分解形成的新官能團(tuán)有利于脫硫，硫容隨熱處理溫度升高而升高。使用煤質(zhì)活性焦在200℃下分別進(jìn)行脫硫和脫硝研究，原始活性焦脫硫率為35%，經(jīng)NaOH和水蒸氣改性后，脫硫率提高至45%，經(jīng)HNO3改性的活性焦可達(dá)到50.9%，脫硝率也由原始活性焦的10%提高到了36.4%。紅外測(cè)試顯示改性后活性焦表面的羥基類(lèi)和內(nèi)酯類(lèi)基團(tuán)增加，改性后活性焦表面的堿性官能團(tuán)增多，增加了吸附酸性氣體的活性位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氧化處理的活性炭纖維ACF由于表面生成了酸性氧官能團(tuán)不利于對(duì)SO2的吸附，而經(jīng)過(guò)加熱處理后部分氧官能團(tuán)分解為CO2，降低了活性炭表面的酸性官能團(tuán)含量，ACF對(duì)SO2的吸附性能有所提高。

2.金屬氧化物的負(fù)載

　　目前被廣泛應(yīng)用于活性炭脫硝研究的金屬氧化物主要有V、Cu、Mn、Fe、Zn幾種的氧化物，對(duì)催化脫硝效果較好的為Cu和V，但脫硝溫度普遍較高，易導(dǎo)致活性炭的燒失。使用煤質(zhì)活性炭負(fù)載V2O5進(jìn)行催化脫硫，認(rèn)為活性炭自身的官能團(tuán)與催化性能并不重要，催化劑主要負(fù)載于大于2nm的中孔內(nèi)，活性炭豐富的孔結(jié)構(gòu)對(duì)V205的負(fù)載和分布起著決定性作用，發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)使催化劑分布均勻，活性位點(diǎn)較多，催化能力較強(qiáng)。使用褐煤半焦分別負(fù)載硝酸亞鐵、硝酸銅和硝酸錳進(jìn)行脫硝研究，發(fā)現(xiàn)脫硝率隨時(shí)間衰減較為嚴(yán)重，幾種催化劑中負(fù)載20%的硝酸銅脫硝效果更好，脫硝率可以在20min之內(nèi)保持在接近100%的水平，然而30min后脫硝率衰減至80%。使用商業(yè)活性炭負(fù)載Cu、Mn、Zn三種金屬催化劑進(jìn)行脫硫脫氮，發(fā)現(xiàn)Cu催化劑負(fù)載量0.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的活性炭脫硫脫氮效果較好，1.5h內(nèi)SO2和NO的脫除率分別在99.89%和94.11%，經(jīng)XRD表征證明其中的活性成分是Cu0。

3.表面修飾

　　表面修飾可以在活性炭的表面引入雜原子，改變活性炭表面的官能團(tuán)，提高對(duì)SO2的吸附能力。目前研究較多的是氮、氧官能團(tuán)。氮官能團(tuán)和部分氧官能團(tuán)通常顯堿性，有利于對(duì)酸性氣體SO2的吸附。以三聚氰胺為氮源，將活性炭與三聚氰胺經(jīng)過(guò)900℃煅燒制備了摻氮活性炭并將其應(yīng)用于氨氣還原脫氮反應(yīng)，含氮量由原始活性炭的23.9%提高到55.17%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，脫硝率也由原始活性炭的21.92%提高到了51.67%。并且研究發(fā)現(xiàn)吡啶氮越多，脫硝效率越高。以SiO2微球?yàn)槟０鍎?，甲醛為碳源，使用三聚氰胺摻氮，制得了比表面積332.6~455.5的摻氮中孔-大孔碳，硫容可達(dá)78.6mg，顯著高于未摻氮的多孔碳硫容(20mg);表面的N官能團(tuán)與SO2發(fā)生了催化反應(yīng)，并且有硫酸根生成。制備了含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.25%~10.23%的摻氮活性炭，比表面積維持在1000m2/g左右，SO2的吸附量與N含量成正比，N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10.23%時(shí)脫硫量較高達(dá)到48.3mg/g，密度泛函理論計(jì)算表明，N原子并不能單獨(dú)成為吸附SO2的活性位，N原子通過(guò)改造碳表面的局部電子云密度、碳原子的性和表面電荷分布來(lái)提高對(duì)SO2的吸附性。

　　綜上所述，通過(guò)在活性炭表面定向引人化學(xué)官能團(tuán)或催化劑來(lái)增加活性炭的活性位，提高了活性炭與SO2、NO之間的作用力進(jìn)而提高了吸附速率和催化轉(zhuǎn)化活性。相對(duì)于比表面積，活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)其脫硫性能的影響更大。