【摘要】：隨著我國(guó)粗鋼產(chǎn)量逐年增長(zhǎng),鋼鐵行業(yè)的空氣污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重。燒結(jié)煙氣是鋼鐵企業(yè)大氣污染物的主要來(lái)源,約占整個(gè)鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放總量的50%以上。燒結(jié)煙氣成分復(fù)雜,主要成分為SO_2和NO_x(其中NO占90%),若不經(jīng)處理直接排入大氣,易對(duì)植物、動(dòng)物、人體及自然環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的損害,因此控制其排放已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)煙氣污染治理的重點(diǎn)工作之一。在眾多煙氣脫硫脫硝技術(shù)中,活性半焦作為優(yōu)良的吸附劑和載體材料,具有能夠同時(shí)脫除煙氣中的SO_2和NO以及其他污染物、可再生活化、耐磨耐沖擊性高、資源可回收利用以及成本低等優(yōu)勢(shì),若將其回收后進(jìn)一步改性處理,提高其脫硫脫硝性能,既能變廢為寶,拓展其資源化利用新途徑,又符合節(jié)約型社會(huì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求,對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文開展了活性半焦的制備、負(fù)載、表征及其作為催化劑協(xié)同脫硫脫硝性能的研究。采用硝酸活化法進(jìn)行活性半焦的制備,并對(duì)其成分、比表面積、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。為了提高活性半焦的脫硫脫硝性能,分別采用電化學(xué)沉積法、水熱法和溶劑熱法制備了ZnO/活性半焦脫硫劑、Fe_2O_3/活性半焦脫硫脫硝催化劑和TiO_2/活性半焦脫硝催化劑,實(shí)現(xiàn)了金屬氧化物在活性半焦上的負(fù)載。通過(guò)BET、SEM-EDS、XRD、TEM、FT-IR、XPS等手段對(duì)樣品的理化性能進(jìn)行探討,結(jié)合自制的固定床反應(yīng)器依次評(píng)價(jià)了負(fù)載型活性半焦的脫硫性能和脫硝性能,進(jìn)而探討了負(fù)載型活性半焦的脫硫脫硝機(jī)理,建立本征動(dòng)力學(xué)方程式。采用不同濃度的硝酸對(duì)原料半焦進(jìn)行了活化,結(jié)果表明:硝酸對(duì)活性半焦有明顯的脫灰和擴(kuò)孔增容作用,經(jīng)硝酸活化后,半焦的灰分降低,比表面積增大;且隨著硝酸濃度增大,半焦的灰分越來(lái)越低,比表面積越來(lái)越大。當(dāng)硝酸濃度為55%時(shí),灰分降至4.99%,脫灰率達(dá)53.1%,比表面積可達(dá)297.728 m~2·g~(-1),為原料半焦比表面積的5.5倍,這為下一步在活性半焦上負(fù)載金屬氧化物提供了良好的條件�；钚园虢贡砻尕�(fù)載的金屬氧化物結(jié)晶度較高,沒(méi)有其他物相生成。金屬氧化物的形態(tài)和負(fù)載量受制備條件影響,這將會(huì)影響其脫硫脫硝性能,通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件,確定了每一種負(fù)載型活性半焦的最佳制備條件,使得金屬氧化物在活性半焦載體上均勻分散,以提高負(fù)載型活性半焦的脫硫脫硝性能且得到理想的表面結(jié)構(gòu)。在金屬氧化物和活性半焦的共同吸附作用下,所得負(fù)載型活性半焦展現(xiàn)出了更好的脫硫或脫硝性能。當(dāng)沉積電壓為-3 V,沉積溫度為65℃,沉積時(shí)間為30 min時(shí),ZnO呈花朵狀均勻的分散在活性半焦表面,花的直徑約2~3μm,由若干直徑約300nm的ZnO單晶棒組成,此時(shí)脫硫性能最佳,穿透時(shí)間為120 min。當(dāng)負(fù)載量為2%,水熱溫度為180℃,尿素添加量R=5時(shí),Fe_2O_3為直徑約100 nm的圓形顆粒均勻的負(fù)載在活性半焦表面,該條件下,Fe_2O_3/活性半焦的脫硫和脫硝性能最佳,SO_2的穿透時(shí)間為140 min,NO的穿透時(shí)間為210 min。當(dāng)負(fù)載量為36%,煅燒溫度為600℃,尿素添加量R=0.4時(shí),TiO_2為粒徑約100 nm的圓形顆粒,此時(shí)脫硝性能最佳,穿透時(shí)間為345 min。Fe_2O_3/活性半焦脫硫性能最佳,TiO_2/活性半焦脫硝性能最佳。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論了負(fù)載型活性半焦的形成機(jī)理和脫硫脫硝反應(yīng)機(jī)理,考察了O_2含量、H_2O含量以及反應(yīng)溫度對(duì)負(fù)載型活性半焦脫硫脫硝性能的影響,從而建立了活性半焦脫硫脫硝的本征動(dòng)力學(xué)方程,揭示了動(dòng)力學(xué)的限制性環(huán)節(jié)。在同時(shí)脫硫脫硝的實(shí)驗(yàn)中,結(jié)合每一種負(fù)載型活性半焦的特點(diǎn),采用分級(jí)反應(yīng),減弱了SO_2與NO共存時(shí),SO_2對(duì)NO吸附的抑制作用,提高了同時(shí)脫硫脫硝時(shí)的脫硝活性。綜合考慮工藝流程和運(yùn)行成本以及脫硫效率,選用Fe_2O_3/活性半焦同時(shí)脫硫脫硝為最佳選擇。圖[142]幅;表[39]個(gè);參[175]篇。
【圖文】：

圖 1 2015 年鋼鐵行業(yè)主要污染物排放情況Fig.1 Emissions of major pollutants in the steel industry in 2015理在 2018 年十三屆全國(guó)人大一次會(huì)議政府工作報(bào)告中提大成效。鞏固藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成果，提高污染排放標(biāo)準(zhǔn)，推

圖 2 鋼鐵生產(chǎn)主要污染物排放節(jié)點(diǎn)示意圖hematic diagram of major pollutant emission nodes in iron and steel p今年 SO2、NOx排放量要下降 3%，重點(diǎn)地區(qū) PM2.5 濃度煙氣脫硫技術(shù)雖然具有較高的脫硫率，但存在廢棄物對(duì)
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ426;X757

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654462