NOx由于可以導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境災(zāi)害而受到了人們的廣泛關(guān)注。相對(duì)于選擇性催化還原法,NO催化氧化法是一種更為綠色的處理技術(shù),可將NO氧化為NO2。由于其本身的物化性質(zhì)(極性和酸性),NO2可吸附并富集在堿性多孔材料中,尤其是活性炭(焦)上。在這種思路下,NOx可被回收并制成有價(jià)值的產(chǎn)品如硝酸鹽和肥料。 本論文選用鄂爾多斯褐煤半焦為原料,利用水熱活化、酸堿活化和高溫活化以及組合方法對(duì)半焦進(jìn)行活化,同時(shí)負(fù)載金屬氧化物和NO吸附劑BKS,以增加半焦對(duì)NO的催化氧化活性。在固定床反應(yīng)器上考察催化劑的最佳制備條件和最優(yōu)操作參數(shù)。通過多種表征手段,如酸堿滴定、Boehm滴定、SEM、BET、TG、FTIR等方法,考察改性對(duì)半焦物化性質(zhì)的影響,并探討催化活性與半焦物化性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討NO在半焦上的氧化的機(jī)理。最后考察再生條件對(duì)失活催化劑再生的影響。本研究的結(jié)論如下： 硝酸活化有很好的脫灰效果,可以增加半焦表面的酸性官能團(tuán)；堿活化有一定的脫灰效果,并可增加半焦表面的堿性官能團(tuán)；水熱活化法能夠減少半焦中的揮發(fā)份；高溫活化能夠在減少揮發(fā)份的同時(shí)提高固定碳的含量。樣品C(40+O2)的比表面積最大,可達(dá)252.7 m2/g；活性最高,當(dāng)反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為70℃、空速600h-1、O2 5%、NO濃度為440mg/m3。,并設(shè)定小于70%的轉(zhuǎn)化率為穿透點(diǎn)時(shí),硝容為0.455%。活性半焦表面的羰基官能團(tuán)和堿性官能團(tuán)是NO催化氧化過程中的重要因素,兩者共同作用與脫硝過程。羰基作為吸附活性中心用于吸附氧化NO,同時(shí)氧化產(chǎn)物NO2遷移并儲(chǔ)存到堿性官能團(tuán)并讓出活性位。 兩步組合活化中,樣品B2C的比表面積最大,達(dá)393.7 m2/g,硝容也最大,為1.006%。三步組合活化中,樣品A2B2C比表面積最大,達(dá)400.4 m2/g；樣品A1B1C的硝容最大,為0.856%。對(duì)樣品A1B1C的活化步驟進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化后,硝容提高到1.638%。 負(fù)載過渡金屬氧化物的半焦活性高于未經(jīng)負(fù)載的半焦,其中負(fù)載CuO的效果好于其他金屬氧化物,當(dāng)CuO負(fù)載量為1%時(shí),催化活性最高。當(dāng)反應(yīng)溫度70℃、空速800h-1、O2 5%、NO濃度1384 mg/m3,同時(shí)設(shè)定小于70%的轉(zhuǎn)化率為穿透點(diǎn)時(shí),樣品SC(Cu,1％)的硝容為2.250%。 隨著煙氣中水汽含量的增加,催化劑活性迅速降低,當(dāng)水汽含量升為15%時(shí),硝容僅為0.6426%,較無水汽時(shí)的硝容減少了250%。在活性半焦上浸漬BKS溶液有利于提高活性半焦對(duì)NO的吸附量和催化活性。當(dāng)BKS濃度增加為80%時(shí),NO的穿透時(shí)間為14h,硝容為2.076%。 O2含量的增加和溫度的降低都有利于NO向NO2的轉(zhuǎn)化。隨著空速和NO濃度的增加,硝容先增大后減小。當(dāng)空速為1000h-1或NO濃度為1937 mg/m3時(shí),其硝容最大。SO2對(duì)NO的轉(zhuǎn)化率起抑制作用,而NO對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化起促進(jìn)作用。此活性半焦的最佳的操作參數(shù)為：水汽含量為4.2%、O210%、反應(yīng)溫度70℃、空速1000 h-1、NO濃度1937 mg/m3時(shí),此時(shí)活性半焦的硝容為5.7058%。 O2主要以自由態(tài)而不是吸附態(tài)參與氧化。NO催化氧化產(chǎn)物主要包括硝酸鹽,亞硝酸鹽和亞硝酰基等官能團(tuán)。研究認(rèn)為催化反應(yīng)初期的控制步驟為NO在半焦上的吸附過程,中期的控制步驟為NO氧化或NO2脫附,而末期控制步驟為NO2的脫附過程。 失活催化劑在300℃下保溫1h就可充分再生。第五次再生之后,半焦硝容開始下降。到第十次再生時(shí),樣品SC(Cu,1%)(80%)的再生硝容仍是新鮮樣品硝容92.7%。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：X701
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 研究背景
        1.1.1 酸雨的形成
X的危害及對(duì)策'>        1.1.2 NO_X的危害及對(duì)策
X的性質(zhì)'>    1.2 NO_X的性質(zhì)
        1.2.1 NO的性質(zhì)
2的性質(zhì)'>        1.2.2 NO₂的性質(zhì)
X'>        1.2.3 其他NOX

    1.3 NO_X的產(chǎn)生機(jī)理
X'>        1.3.1 熱力型NO_X

        1.3.2 燃料型NO_X

        1.3.3 瞬時(shí)反應(yīng)型NO_X

    1.4 現(xiàn)有的NO_X控制技術(shù)
        1.4.1 燃燒方式的改進(jìn)
        1.4.2 煙氣（燃后）脫硝技術(shù)
    1.5 活性炭基材料在脫硝中的應(yīng)用
        1.5.1 活性炭
        1.5.2 活性焦
        1.5.3 活性碳纖維
        1.5.4 活性半焦
        1.5.5 活性炭材料催化氧化NO的原理
    1.6 炭基材料的活化處理方法的研究
3氧化改性'>        1.6.1 HNO₃氧化改性
        1.6.2 高壓水熱改性
        1.6.3 高溫?zé)崽幚砘罨?br>        1.6.4 堿活化
    1.7 活性炭基材料再生手段的研究
        1.7.1 熱脫附再生法
        1.7.2 水洗法再生
    1.8 選題依據(jù)、研究目的和研究任務(wù)設(shè)計(jì)
        1.8.1 選題依據(jù)
        1.8.2 課題研究目的
        1.8.3 研究任務(wù)設(shè)計(jì)
2 活性半焦催化劑的制備和表征
    2.1 目的
    2.2 原料與試劑
        2.2.1 原料
        2.2.2 儀器與試劑
    2.3 半焦催化氧化脫硝劑的改性
        2.3.1 高壓水熱法
        2.3.2 酸活化法
        2.3.3 堿活化法
        2.3.4 高溫活化法
        2.3.5 等體積浸漬金屬氧化物
        2.3.6 等體積浸漬BKS活性組分
        2.3.7 樣品代號(hào)示例
    2.4 半焦催化氧化脫硝劑的表征
        2.4.1 半焦的工業(yè)分析
        2.4.2 表面酸堿滴定
        2.4.3 Boehm滴定法
        2.4.4 比表面積測(cè)定
        2.4.5 TG-DTA表征
        2.4.6 FT-IR分析
        2.4.7 SEM分析
        2.4.8 脫硝催化劑的活性評(píng)價(jià)
3 單一活化方法對(duì)半焦催化氧化NO性能的影響
    3.1 目的
    3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.2.1 半焦脫硝催化劑物化性質(zhì)
        3.2.2 活性評(píng)價(jià)
    3.3 討論
    3.4 小結(jié)
4 組合活化方法對(duì)半焦催化氧化NO性能的影響
    4.1 目的
    4.2 半焦活化方法的組合
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 半焦的兩步法活化
        4.3.2 三步活化法
        4.3.3 對(duì)半焦催化劑的進(jìn)一步的優(yōu)化
        4.3.4 討論
    4.4 小結(jié)
5 半焦負(fù)載過渡金屬氧化物對(duì)NO催化氧化性能的影響
    5.1 目的
    5.2 催化劑制備
    5.3 脫硝性能測(cè)定的實(shí)驗(yàn)條件
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 過渡金屬氧化物對(duì)NO氧化的影響
        5.4.2 CuO負(fù)載量對(duì)催化效果的影響
    5.5 負(fù)載不同含量CuO的活性半焦的SEM分析
    5.6 小結(jié)
6 煙氣中水汽含量對(duì)CuO負(fù)載型活性半焦脫硝活性的影響
    6.1 目的
    6.2 活性半焦的制備
    6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.3.1 水汽對(duì)半焦脫硝活性的影響
        6.3.2 BKS濃度對(duì)半焦脫硝活性的影響
    6.4 結(jié)論
7 操作參數(shù)對(duì)CuO負(fù)載型活性半焦催化劑脫硝活性的影響
    7.1 目的
    7.2 反應(yīng)條件
    7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2的影響'>        7.3.1 O₂的影響
        7.3.2 反應(yīng)溫度的影響
        7.3.3 空速的影響
        7.3.4 NO濃度的影響
2與NO的相互作用'>        7.3.5 SO₂與NO的相互作用
    7.4 結(jié)論
8 NO在活性半焦上的催化氧化機(jī)理與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究
    8.1 目的
2在催化氧化中的作用'>    8.2 O₂在催化氧化中的作用
    8.3 半焦催化氧化NO產(chǎn)物分析
    8.4 吸附催化機(jī)理與過程分析
    8.5 小結(jié)
9 活性半焦脫硝催化劑的再生
    9.1 目的
    9.2 半焦的再生條件
    9.3 再生半焦的活性評(píng)價(jià)
    9.4 再生催化劑脫硝性能測(cè)定
        9.4.1 再生溫度的影響
        9.4.2 再生時(shí)間的影響
        9.4.3 再生次數(shù)的影響
    9.5 小結(jié)
10 結(jié)論與建議
    10.1 結(jié)論
    10.2 建議
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2866350

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