活性炭吸附用于二恶英的去除，随着生活垃圾焚烧处理量迅速增加，所以需要开发经济适用的处理方法。二恶英是废物焚烧过程中的主要污染化合物之一，垃圾焚烧废气中二氧芑类物质通常是通过活性炭吸附。因此，对于活性炭的需求不断增加。低成本，高效率的活性炭生产具有很强的工业前景。

　　本期我们适用四种典型的生物质废弃物被用作生产活性炭的原料。使用了两步法，即碳化与蒸汽活化相结合。分析了副产物，尤其是焦油化合物。计算流体力学的方法用于研究碳化副产物的利用。然后，提出了一种从生物质废物中生产活性炭的环保方法。总计使用了四种生物质原材料用于碳化，并进一步用于制备活性炭样品。将原料粉碎成1-5厘米大小，然后在管式炉反应器中热解。TG-FTIR生物质碳化结果表明，热解和碳化的主要温度范围为220–450°C，高灰分含量可能会影响孔的形成过程以及活化过程中活性炭的质量。但是，为了分析碳化过程中的挥发物释放特性，图1中显示了一组不同生物质热解挥发物的红外光谱的典型3D图。

　　图1：四种生物质样品热解过程中气态产物的3D FTIR吸收光谱。

　　红外光谱跟踪从40到800°C的释放挥发物。可以观察到已鉴定出气体(CO2，CO，CH4，CxHy，H2O)和一些有机挥发性化合物(例如酸，醛，醇和醚)。上面讨论的TGA和DTG曲线刚刚表明了按重量计的挥发性释放特性。3D IR吸光度图直观地展示了气体和挥发性有机化合物的释放特性。

　　旋转碳化反应器燃烧室的流体力学建模

　　为了使用碳化副产物，设计了一个燃烧室，用于处理挥发物(气态和焦油化合物)，以提供碳化活性炭所需的热量。碳化炉采用套筒式设计，旋转碳化炉的结构如图2。生物质材料在内缸中移动，热烟道气在外缸中流动。烟道气是通过在燃烧室中燃烧部分碳化挥发物而产生的，该烟气提供了内缸中的干燥和碳化反应所需的热量。炉子的详细尺寸如下：碳化室和外部加热室的直径分别为400毫米和700毫米。旋转炉的长度是3000mm。燃烧室的长度为1200毫米。碳化气体入口的直径为16mm，空气入口的直径为10mm。

　　图2：旋转碳化炉的结构。

　　为了优化反应器的运行，使用流体力学建模来模拟挥发物的燃烧。该模型包括焦油的转化以及活性炭和灰份的形成。模拟并比较了三种工作条件截面中的温度分布特性显示在​图3显示。

　　图3：旋转反应器横截面上的温度分布：(a)用于燃烧的碳化挥发物的10%;(b)用于燃烧的碳化挥发物的20%;(c)30%用于燃烧的碳化挥发物。

　　活性炭对二恶英的吸附和去除

　　二恶英是结合两个苯环的氧的产物。就分子量而言，它们是184–460g/mol的有机卤素化合物。以2,3,7,8-PCDD为例，一个分子的大小可以估计为最大长度为1.8nm，宽度为1.0nm，最小厚度为0.4nm。36当要净化的气体中存在1ng-TEQ/Nm3二恶英样化合物时，可以认为1Nm3中二恶英样化合物的数量约为2–200万亿。在实际的焚烧烟气中，这些二恶英分子中的大多数都附着在颗粒上，例如灰尘，大约40%的二恶英以分子形式悬浮在气体中。活性炭作为二恶英样化合物的吸附剂，它们必须具有吸引和吸附二恶英样化合物的能力。为了将二恶英类化合物分子引入到吸附剂(活性炭)的孔中，孔的入口直径被认为比二恶英类化合物分子的最大直径大一个数量级。为了通过类二恶英类化合物的分子运动将类二恶英类化合物诱导到孔深处的吸附固定位置，锥形收缩孔是理想的。同时，为了吸附和固定所吸引的二恶英样化合物，需要大量孔径为2.0-5.0nm的孔。根据前面的研究发现，两种由木质材料制成的活性炭样品均具有丰富的孔，直径范围为2.0至5.0nm，这表明这两种材料非常适合二恶英的吸附。

　　针对由四种生物质废料生产的活性炭，提出了碳化与蒸汽活化相结合的两步过程。研究了挥发物的释放特性以及碳化和蒸汽活化条件。获得了用于从废物中生产活性炭的优化参数。管式炉反应器的碳化结果表明，糠醛和苯酚及其衍生物是废物碳化中的主要焦油化合物。碳化实验表明，温度为500°C，停留时间为30分钟是三种生物质废物的优化参数。木质1,2和椰壳的焦炭收率分别为26.4、25.73和30.38%。流体力学模型已经证明，使用20%的挥发物进行直接燃烧可以实现较低的污染，并为生物质废物的碳化提供热量。焦油和其他污染物几乎可以通过直接燃烧消除。孔隙结构分析表明，源自两种木质材料制成的活性炭样品具有丰富的孔隙，平均直径为2至5nm，适合于二恶英的去除。椰壳活性炭优先使用直径小于2nm的微孔，这不适合去除大分子污染物，例如二恶英。