本文關(guān)鍵詞：中低溫?zé)煔獯呋撓跫捌錂C(jī)理研究

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【摘要】：燃煤煙氣是造成我國大氣污染的主要原因,中低溫燃煤鍋爐是我國燃煤煙氣的主要來源,對于中低溫燃煤鍋爐煙氣的控制成為近年來大氣污染控制的熱點(diǎn)。本文在傳統(tǒng)VWTi催化劑的基礎(chǔ)上,通過改進(jìn)得到了脫硝活性高的VWTi催化劑,并對其機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。針對低負(fù)荷燃煤機(jī)組,本文對氨法脫硫脫硝吸收產(chǎn)物NO_2~-和SO_3~(2-)的催化氧化過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;建立鼓泡反應(yīng)裝置,對氨法脫硫副產(chǎn)物+4價(jià)硫S(Ⅳ)的氧化過程進(jìn)行研究;探究了 H_2O_2的自身分解規(guī)律和對煙氣中主要污染物的氧化行為,并在鼓泡反應(yīng)器中對氨同時(shí)吸收SO_2和NO_x的反應(yīng)進(jìn)行了探討。用過量浸漬法在TiO_2和Al_2O_3載體上負(fù)載V_2O_5,制備了 V_2O_5/TiO_2和V_2O/Al_2O_3催化劑,解析載體對催化劑脫硝活性的影響。脫硝活性測試結(jié)果表明,V_2O_5/TiO_2比V_2O_5/Al_2O_3有著更高的SCR活性。采用XRD、BET、UV-vis、DFT理論計(jì)算、XPS、EPR和in situ-DRIFT等表征技術(shù),研究了催化劑結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì),結(jié)果表明兩種載體都能和V_2O_5相互作用。載體和V_2O_5的相互作用,使電子易于由載體向V_2O_5轉(zhuǎn)移,從而使催化劑表面的還原態(tài)V_2O_5增多。與V_2O_5/Al_2O_3相比,V_2O_5/TiO_2催化劑表面形成的超氧自由基可以提高催化劑表面的NO氧化能力,因此使得V_2O_5/TiO_2催化劑具有更高的脫銷活性。以TiO_2為載體負(fù)載V_2O_5和WO_3,制備商業(yè)脫硝催化劑V_2O_5-WO_3/TiO_2,其中WO_3拓寬了催化劑的活性溫度窗口,且當(dāng)WO_3的含量達(dá)到6%時(shí)該趨勢最明顯。采用XRD、XPS、PL以及EPR等表征技術(shù),研究WO_3對催化劑的結(jié)構(gòu)和表面特性的影響,結(jié)構(gòu)表明WO_3能夠與TiO_2載體表面氧空位作用,抑制了載體金紅石相的產(chǎn)生,使催化劑高溫下的穩(wěn)定性增強(qiáng);WO_3具有一定的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移電子的能力,促進(jìn)了 V_2O_5與載體TiO_2的作用,使電子更易由載體向V_2O_5轉(zhuǎn)移,從而使催化劑表面還原態(tài)V_2O_5進(jìn)一步增多;催化劑表面還原態(tài)的V_2O_5是超氧自由基生產(chǎn)的活性位點(diǎn),因此W03的存在促進(jìn)了催化劑表面超氧自由基數(shù)量的增多,從而提升了 V_2O_5-WO_3/TiO_2催化劑的選擇性催化還原(SCR)脫硝活性。針對工業(yè)鍋爐、燒結(jié)機(jī)、催化裂化裝置等,煙氣溫度較低(低于180℃),SCR脫硝技術(shù)難以普遍適用的體系,本文提出以H_2O_2為氧化劑,以α-Fe_2O_3,Fe/Al_2O_3及Fe/TiO_2為催化劑,催化轉(zhuǎn)化H_2O_2為·OH在較低的溫度下氧化NO_x為硝酸鹽,從而達(dá)到脫硝的目的。采用XRD、SEM、BET、NH3-TPD、FTIR以及XPS等表征技術(shù),重點(diǎn)研究了H_2O_2在鐵基催化劑表面的分解機(jī)制及其氧化脫除NO_x的機(jī)理。在同時(shí)脫硫脫硝的過程中,主要得到不穩(wěn)定的SO_3~(2-)和NO_2~-混合液,易分解為SO_2和NO_x。需對其進(jìn)行氧化處理,以得到穩(wěn)定的SO_4~(2-)和NO_3~-,達(dá)到固硫固氮的目的。因而,對SO_3~(2-)和NO_2~-的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)果表明S032-和NO_2~-能夠氧化為SO_4~(2-)和 NO_3~-。
【關(guān)鍵詞】：煙氣脫硝 氨法SCR V_2O_5-WO_3/TiO_2 H_2O_2 同時(shí)脫硫脫硝
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X773
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-30
• 1.1 我國NO_x和SO_2的排放現(xiàn)狀12-13
• 1.2 NO_x和SO_2的危害13-14
• 1.3 NO_x和SO_2的來源14-16
• 1.3.1 NO_x的來源14-15
• 1.3.2 SO_2的來源15-16
• 1.4 NO_x和SO_2政策層面上的控制對策16-17
• 1.5 NO_x和SO_2技術(shù)層面上的控制對策17-28
• 1.5.1 煙氣脫硝技術(shù)17-20
• 1.5.2 煙氣脫硫技術(shù)20-23
• 1.5.3 煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)23-28
• 1.6 論文選題依據(jù)及研究內(nèi)容28-30
• 1.6.1 論文選題依據(jù)28-29
• 1.6.2 研究內(nèi)容29-30
• 2 V_2O_5/TiO_2與V_2O_5/Al_2O_3催化劑的制備及其SCR性能研究30-50
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分30-35
• 2.1.1 主要儀器與試劑30
• 2.1.2 催化劑制備30-32
• 2.1.3 催化劑表征32-34
• 2.1.4 催化劑活性評價(jià)34-35
• 2.2 結(jié)果與討論35-48
• 2.2.1 催化劑活性35-36
• 2.2.2 微觀特性分析36-38
• 2.2.3 UV-vis漫反射光譜和EIS分析38-40
• 2.2.4 密度泛函理論(DFT)計(jì)算40-43
• 2.2.5 表面還原物種分析43-44
• 2.2.6 表面元素價(jià)態(tài)及氧空位分析44-46
• 2.2.7 NO氧化分析46-48
• 2.3 本章小結(jié)48-50
• 3 V_2O_5-WO_3/TiO_2催化劑的制備及其SCR性能研究50-65
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 3.1.1 主要儀器與試劑50
• 3.1.2 催化劑制備50-51
• 3.1.3 催化劑表征(氧空位分析)51
• 3.1.4 催化劑活性評價(jià)51
• 3.2 結(jié)果與討論51-64
• 3.2.1 催化劑活性51-52
• 3.2.2 XRD分析52-53
• 3.2.3 UV-vis分析53-55
• 3.2.4 PL光譜分析55-56
• 3.2.5 表面DFT計(jì)算56-59
• 3.2.6 XPS分析59-62
• 3.2.7 原位紅外譜圖分析62-64
• 3.3 本章小結(jié)64-65
• 4 H_2O_2催化轉(zhuǎn)化·OH氧化脫硫脫硝研究65-82
• 4.1 實(shí)驗(yàn)65-67
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑65
• 4.1.2 催化劑制備65-66
• 4.1.3 催化活性評價(jià)裝置66
• 4.1.4 數(shù)據(jù)處理66-67
• 4.1.5 催化劑表征67
• 4.2 結(jié)果與討論67-81
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)表征67-70
• 4.2.2 脫除率的影響因素70-71
• 4.2.3 表面酸性位的影響71-73
• 4.2.4 表面性質(zhì)的影響73-78
• 4.2.5 增強(qiáng)機(jī)理研究78-79
• 4.2.6 對環(huán)境的意義79-81
• 4.3 本章小結(jié)81-82
• 5 氨法同時(shí)脫硫脫硝NO_2~-和SO_3~(2-)共氧化研究82-95
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分82-83
• 5.2 理論研究83-84
• 5.3 結(jié)果與討論84-88
• 5.3.1 亞硝酸鹽濃度對氧化速率的影響84-85
• 5.3.2 亞硫酸鹽濃度對氧化速率的影響85
• 5.3.3 空氣流量對氧化速率的影響85-86
• 5.3.4 反應(yīng)溫度對氧化速率的影響86-87
• 5.3.5 pH對氧化速率的影響87-88
• 5.4 動(dòng)力學(xué)模型88-91
• 5.5 模擬氧化過程91-94
• 5.6 本章小結(jié)94-95
• 6 結(jié)論與展望95-98
• 6.1 結(jié)論95
• 6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)95-96
• 6.3 展望96-98
• 符號說明98-102
• 致謝102-103
• 參考文獻(xiàn)103-116
• 附錄116

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本文編號：804708