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煤炭燃后脱硫(即去除SO2)存在诸多问题，以国内应用最为广泛的湿式石灰石/石膏法为例，该工艺存在着基建投资大、运行费用高、占地面积多、设备材质要求高、工艺系统复杂、系统内易发生结垢堵塞、耗水量大、生成的脱硫石膏难以处置等问题。因此，煤炭中硫分宜在燃前进行处理。高硫煤储量占我国煤炭总储量的1/4以上，对高硫煤进行燃前脱硫，具有十分重大的现实意义和经济效益，符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的战略要求。
本论文运用生物和化学方法，系统地研究了高硫煤燃前脱硫措施(包括煤中固态硫及其气化/还原后产生的气态硫，即H2S)，为将来高(或中)硫煤应用于火力发电、气化制煤气及Corex法炼铁(煤炭熔融还原炼铁)等提供了科学与实验依据。论文的主要研究内容及结果如下：
(1)煤炭的生物沥滤法脱硫存在的主要问题是效率低。本文设计了活性炭净化式生物柱沥滤(Activated carbon-purified bioleaching，APB)工艺。与传统工艺相比，APB工艺中生物沥滤液需经活性炭净化。APB工艺运行6d后去除了煤中72％的硫化铁硫，而传统工艺只去除了60％的硫化铁硫。新工艺的硫化铁硫去除能力为613 mg S/Lbed·d，比传统工艺提高效率20％。研究发现活性炭大量吸附了脱硫抑制物质如高铁离子和单质硫，促进了生物系统中细菌的活性。
(2)上述生物法不能脱除煤中的有机硫。因此本文研究了低温(<100℃)化学氧化脱硫法。研究发现煤炭在NaOH浓度为0.05 M，空气流速为0.08 m3/h，反应温度为90℃情况下处理4h，总硫去除了47％(其中硫化铁硫的去除率为74.3％，硫酸盐硫为100％，有机硫为10.6％)，燃烧值提高了7.2％。提高反应温度、进气量和时间有利于总硫去除，继续提高碱浓度则没有脱硫效应，但有利于提高煤炭燃烧值。
(3)上述化学氧化法对煤中有机硫的去除率仅为10.6％。因此本文将生物沥滤处理后的煤(BTC)在相同氧化条件下进行处理。结果表明：BTC的总硫去除率为63％(其中硫化铁硫去除率为94.0％，硫酸盐硫为100％，有机硫为23.8％)。因此在相同的化学氧化条件下，与原煤相比，生物预处理煤的硫化铁硫和有机硫去除率分别提高了27％和118％。这可能是由于生物处理导致煤炭表面孔洞增多和表面结构改变，使得煤中硫“位点”更易于被氧化所致。
(4)绝大部分煤炭脱硫研究都使用氧化方法，处理条件苛刻且易破坏煤质。本论文另辟蹊径，首次使用硼氢化钠(NaBH4)作为还原剂在水溶液中对两种高硫煤(YZ煤和YS煤)进行处理。对还原剂量、反应液初始pH、处理时间、温度、振荡速度以及煤炭粒径等因素对硫分去除的影响进行了详细的研究，同时也考察了处理前后煤炭的燃烧性能变化。结果表明当NaBH4浓度1.6 mM(相当于Coal：NaBH4质量比为1000：1)、溶液初始pH为6.6(本底值)、处理时间1min、反应温度30℃、100 rpm转速、-109μm粒径时，YZ煤和YS煤的总硫去除率分别为31.3％和40.8％。提高还原剂含量和温度、降低煤炭粒径有助于提高总硫去除率，但延长反应时间和提高振荡速度没有效果。当粒径从-250μm减少到-109μm时，YZ和YS煤的有机硫去除率均提高了6倍以上。还原处理后YZ煤和YS煤的燃烧值分别提高了6.9％和3.4％，起燃温度分别降低了210℃和2℃。大部分硫分被还原成H2S，自溶液中挥发出。
(5)煤炭还原处理(或气化)后产生了H2S，对于中低浓度和空速的含H2S气体，生物法可以处理。活性炭是一种性能优异的生物反应器填料，但当前并不清楚不同吸附能力的炭材料是否会影响生物脱硫。一般认为比表面积大、孔数量多的活性炭，更能吸附和保护微生物，更能加强污染物降解。本文将活性炭(BAC)和多孔炭(BPC)两种材料作为生物滴滤反应器填料，负载氧化亚铁硫杆菌进行H2S生物脱硫实验。结果发现，BPC的比表面积和孔数量大大低于BAC，但它的脱硫能力却高于BAC。如在空速180 h-1时，BPC的H2S平均去除率和平均脱硫能力分别为82％和1560 g H2S/m3bed·day，分别比BAC高出28％和33％。滤液分析表明，BPC反应器能维持合适的pH条件。这是由于本实验选择的多孔炭表面有着较多的碱性基团，这些基团中和了H2S降解后产生的酸度。
生物处理H2S研究继续选择了多孔材料如13X分子筛(BMS)和氧化铁脱硫剂(BFO)等构建生物反应器，将其与BPC的脱硫能力进行比较。研究发现三种生物反应器的脱硫能力次序为：BFO>BPC>BMS。当空速为180 h-1时，BMS、BPC和BFO的平均去除H2S的效率为74％、79％和86％，平均脱硫能力分别为1872、1992和2328 g H2S/m3bed·d。Fe2O3在酸性沥滤液中会分解，产生大量三价铁离子，使得生物反应器能氧化更多的H2S。同时Fe2O3的酸解消耗了大量H+，因此长时间处理高浓度H2S后，反应器内pH仍能维持合适的水平。13X分子筛则不适合作为生物反应器填料，因为Al2O3的酸解会生成高浓度的Al3+，抑制了微生物活性。
(6)高浓度和高空速的含H2S气体，宜采用化学法去除。金属氧化物脱硫是常见干法脱硫技术。然而由于材料性质所限，使用中总有不同的问题存在：氧化铁脱硫剂很难达到精脱硫，处理含硫气体空速不宜高于300 h-1，一次性穿透硫容不高于300 mg S/g adsorbent；氧化锌虽可精脱硫，但需高温(>250℃)下操作，常温下一次性穿透硫容不高于100 mg S/g adsorbent。本论文以介孔分子筛MCM-41为催化剂载体，通过简单的超声波辅助浸渍法，制备了含不同纳米金属氧化物(PbO、ZnO、CuO和Fe2O3)的新型脱硫剂。在常温、空速为150000h-1和H2S浓度为5000ppm的条件下，考察其脱硫性能。结果表明，超声波辅助浸渍法能有效实现纳米金属氧化物在分子筛介孔及其外表面结构上的负载，部分纳米颗粒成功的嵌入了载体的硅氧骨架。不同的金属氧化物改性的MCM-41的脱硫能力不同，改性分子筛脱硫能力符合以下顺序：Fe2O3>CuO>ZnO>PbO。铁负载量达到26.8 wt％时MCM-41显示出最高的脱硫能力，一次性穿透硫容为468 mg S/gadsorbent。脱硫反应后硫物种主要以S2-、S2-2和单质S存在，其中还有一部分H2S被氧化成高价态硫氧化物(如SO2-4和S2O2-4。)。这些产物在吸附剂材料的介孔孔道内和外表面上累积，最终导致脱硫剂失活。