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载铁酚醛树脂基活性炭的制备及H?S脱除性能研究

一、引言

（一）研究背景与意义

在当今工业发展进程中，硫化氢（H?S）作为一种常见于工业废气中的有毒污染物，其带来的危害不容小觑。H?S具有高毒性，即便在低浓度下，也会对人体的呼吸系统、神经系统等造成严重损害。一旦发生高浓度H?S泄漏，极有可能导致人员急性中毒，甚至危及生命。在天然气开采、石油炼制、煤化工等行业，H?S的存在不仅威胁着操作人员的生命安全，还会对生产设备产生强烈的腐蚀作用，进而缩短设备的使用寿命，增加维修成本和安全隐患。从环境保护的角度来看，未经有效处理的H?S排放到大气中，会与空气中的氧气发生反应，生成二氧化硫等二次污染物，这些污染物会进一步形成酸雨，对土壤、水体和植被造成长期的破坏，严重影响生态平衡。因此，高效脱除H?S对于环境保护和安全生产而言至关重要，是实现工业可持续发展的关键环节。

在众多用于H?S脱除的材料中，酚醛树脂基活性炭凭借其独特的优势脱颖而出，成为了研究的热点。酚醛树脂具有生产工艺成熟、价格相对低廉的特点，这使得以其为前驱体制备活性炭在成本上具有竞争力。在经过炭化和活化等一系列工艺处理后，酚醛树脂基活性炭能够拥有高比表面积和丰富且可调控的孔结构。高比表面积为H?S分子提供了更多的吸附位点，使其能够更有效地捕捉H?S分子；而可调控的孔结构则可以根据实际需求进行设计，以适应不同工况下对H?S脱除的要求。这种结构特性使得酚醛树脂基活性炭成为了理想的H?S脱除载体。

当在酚醛树脂基活性炭中负载铁元素后，其性能得到了进一步的提升。铁元素的引入赋予了活性炭新的功能，它可以作为活性中心，通过催化氧化作用，显著提升H?S的脱除效率。在这个过程中，载铁酚醛树脂基活性炭兼具了吸附和催化的双重功能。一方面，利用其物理吸附作用，将H?S分子吸附到活性炭表面；另一方面，借助铁元素的催化活性，加速H?S的氧化反应，使其转化为无害的物质。这种双重作用机制使得载铁酚醛树脂基活性炭在H?S脱除方面表现出卓越的性能。在煤气净化领域，它能够有效去除煤气中的H?S，提高煤气的品质，减少后续利用过程中对设备的腐蚀和对环境的污染；在天然气净化中，同样可以确保天然气达到更高的纯度标准，满足工业和民用的需求。因此，载铁酚醛树脂基活性炭在煤气、天然气净化等领域展现出了广阔的应用前景，对推动相关行业的绿色发展具有重要意义。

（二）国内外研究现状

酚醛树脂基活性炭制备

酚醛树脂基活性炭的制备工艺经过多年的发展，已经形成了较为成熟的体系。传统的制备方法主要通过炭化和活化两个关键步骤来构建其微孔结构。在炭化阶段，酚醛树脂在惰性气体保护下，经过高温处理，发生热解反应，形成具有初步孔隙结构的炭质材料。随后的活化过程则是通过与活化剂（如水蒸气、二氧化碳或化学试剂等）的反应，进一步扩大和丰富孔隙结构，从而获得高比表面积的活性炭。

近年来，随着对活性炭性能要求的不断提高，相关研究聚焦于多个方向以实现性能的优化。其中，球形化制备技术成为了一个重要的研究热点。通过特定的方法，如悬浮聚合法，能够制备出表面光滑、球形度好的酚醛树脂基球形活性炭。这种球形结构不仅具有良好的流动性，在填充床等应用场景中能够减少流动阻力，还能够提高活性炭的填充密度，从而增加单位体积内的吸附容量。在对酚醛树脂微球制备过程的研究中发现，分散剂聚乙烯醇（PVA）的用量、聚合度，以及反应釜内的搅拌速率、成球终温、升温速率、固化剂用量、酚醛（PF）乙醇溶液浓度和油水比等工艺参数，都会对树脂球的粒径及其分布产生显著影响。通过对这些参数的精细调控，可以得到粒径分布均匀、性能优良的酚醛树脂微球，为后续制备高性能的球形活性炭奠定基础。

孔径调控也是当前研究的重点之一。研究人员通过多种手段来实现对酚醛树脂基活性炭孔径的精准控制，以满足不同应用领域的需求。其中，金属负载改性是一种常用且有效的方法。以大连理工大学的研究为例，他们采用共溶法，即在水溶性酚醛树脂中加入硝酸铁，然后经过高温炭化和二氧化碳活化，成功制备出载铁酚醛树脂基活性炭。在这个过程中，铁元素的引入不仅改变了活性炭的表面化学性质，还对其孔结构产生了影响。铁原子在炭化和活化过程中可能起到催化作用，促进了特定孔径的形成，从而实现了对孔径结构的调控，为提高活性炭的性能提供了新的途径。

2.H?S脱除技术对比

目前，H?S脱除技术种类繁多，主要可分为湿法脱硫和干法脱硫两大类，它们各自具有独特的优缺点和适用场景。

湿法脱硫技术在工业中应用较早且广泛，其中“888”催化剂体系是较为典型的代表。这类技术的原理是利用碱性溶液或含有特定催化剂的溶液与H?S发生化学反应，将H?S吸收并转化为其他物质，从而实现脱硫的目的。然而，湿法脱硫技术在实际应用中面临着