發(fā)布時間：2020-11-18 20:01

　　 以經(jīng)過篩選的具有較高低溫活性的自制CuZSM-5為催化劑,以汽油及柴油內(nèi)燃機廢氣中主要碳?xì)浠衔锝M分C_2H_4為還原劑,在富氧條件下,將具有可在低溫及大氣壓下操作的介質(zhì)阻擋放電技術(shù)引入催化反應(yīng)體系,對介質(zhì)阻擋放電和催化活化協(xié)同脫除氮氧化物過程進行了研究,取得了一些有意義的結(jié)果。 1.單獨使用等離子體直接脫除氮氧化物的研究表明,只有在無氧條件下(NO/N_2),NO才能被高效直接分解為N_2和O_2。C_2H_4的加入(C_2H_4/NO/N_2),對NO分解活性影響不大,但對NO_2的生成有所抑制。在富氧條件下,對NO/O_2N_2體系,O_2的加入使NO_x脫除率明顯下降,主要原因是部分NO被氧化為NO_2。當(dāng)O_2和C_2H_4共存時(NO/O_2/C_2H_4/N_2),更多NO被高效氧化為NO_2,此時氮氧化物脫除率也較低。可見在富氧條件下,僅僅使用等離子體手段難以有效促進氮氧化物的分解和還原。 2.在富氧條件(NO/O_2/N_2)及較高溫度(300～350℃)下,將CuZSM-5放入介質(zhì)阻擋放電區(qū)脫除NO_x的研究表明,隨輸入反應(yīng)器中放電能量的增加,NO_x脫除率明顯下降。我們以N_2和O_2為原料氣,發(fā)現(xiàn)在350℃以上,高達百ppm的氮氧化物可通過沿CuZSM-5表面放電“超平衡”產(chǎn)生(N_2與O_2合成NO的反應(yīng)是一吸熱反應(yīng),500℃下NO熱平衡產(chǎn)率小于5ppm),并提出氮氧化物的生成極可能是等離子體放電在氣相產(chǎn)生的N原子和CuZSM-5表面活化吸附的O_2分子間反應(yīng)的結(jié)果。從而闡明了在高溫富氧的等離子體-催化條件下,氮氧化物脫除率下降的主要原因是氮氧化物的生成,同時也預(yù)示了利用等離子體與催化協(xié)同脫除空氣中各種污染物均應(yīng)避免在高溫下進行。 3.對NO/C_2H_4/O_2/N_2體系,在所篩選的金屬離子交換的分子篩催化劑和金屬氧化物催化劑中,發(fā)現(xiàn)只有具有較高低溫活性的催化劑才能與等離子體有效結(jié)合。其中 大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文 以過量交換的CuZSM一5為最佳。將催化劑Cu(165)ZSM一5放入等離子體放電區(qū)(即 “一段法”),首次觀察到等離子體和催化活化在相對較低溫度下脫除氮氧化物過程 中顯著的協(xié)同效應(yīng)。在250℃,空速12000h一‘和輸入放電能量密度155 JL一,條件下, 使用標(biāo)準(zhǔn)混合氣(NO 530 Ppm,CZH4 650 ppm,O:5.8%,余N:)時,單純催化 (Cu(165)ZsM一5)脫除No二轉(zhuǎn)化率為39%,單純放電(填充石英砂)No,轉(zhuǎn)化率 1.5%,等離子體和CuzSM一5結(jié)合脫除Nox轉(zhuǎn)化率為79%。此結(jié)果顯著高于反應(yīng)氣 先通過放電等離子體再通過催化劑床層(即“兩段法”)的相應(yīng)NO二轉(zhuǎn)化率(52%)。 4.采用不同方法,如電壓一電流波形、李薩如圖形、程序升溫脫附(T PD)和原位發(fā)射光 譜診斷等,對等離子體和催化劑協(xié)同作用(“一段法”)的性質(zhì)進行了研究,結(jié)果表 明:在相同放電電壓下,隨溫度提高,輸入反應(yīng)器中的電能增大。介質(zhì)阻擋放電反 應(yīng)器內(nèi)徑越大,脫除一分子Nq消耗的能量越多。TPD實驗表明等離子體不僅可以 脫附吸附在催化劑上的反應(yīng)物而且能引發(fā)吸附物發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)。原位發(fā)射光譜 研究表明“一段法”活性高于“二段法”的原因之一可能是“一段法”中的催化劑 可以利用等離子體產(chǎn)生的短壽命活性物種。 關(guān)鍵詞:富氧條件,介質(zhì)阻擋放電,選擇還原,氮氧化物,CuZSM一5,發(fā)射光譜
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：X701.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
第二章 文獻綜述與選題
    2.1 氮氧化物消除方法分類
    2.2 催化直接分解氮氧化物
    2.3 氮氧化物的催化還原
3選擇性催化還原'>        2.3.1 NH₃選擇性催化還原
        2.3.2 三效催化劑
        2.3.3 烴類選擇催化還原氮氧化物
    2.4 等離子體用于氮氧化物的脫除
        2.4.1 等離子體直接脫除氮氧化物
        2.4.2 等離子體和催化劑結(jié)合體系脫除氮氧化物
    2.5 本論文的選題和主要研究思路
第三章 實驗部分
    3.1 催化劑制備
    3.2 NO催化分解活性評價
    3.3 等離子體與催化協(xié)同脫除氮氧化物反應(yīng)評價
    3.4 電壓和電流波形及李薩如（Lissajous）圖形的測量
    3.5 等離子體發(fā)射光譜診斷
    3.6 X射線粉末衍射（XRD）
    3.7 程序升溫脫附（TPD）
第四章 單純等離子體及等離子體-催化分解氮氧化物的研究
    4.1 介質(zhì)阻擋放電直接脫除氮氧化物
2體系'>        4.1.1 NO/N₂體系
2/N₂體系'>        4.1.2 NO/O₂/N₂體系
    4.2 介質(zhì)阻擋放電和催化劑結(jié)合體系分解氮氧化物
        4.2.1 DBD和NaZSM-5系列催化劑結(jié)合分解氮氧化物
        4.2.2 300℃DBD和各種填充物結(jié)合分解氮氧化物
    4.3 等離子體和CuZSM-5結(jié)合體系脫除氮氧化物
        4.3.1 催化劑單純分解NO活性
2/N₂體系'>        4.3.2 NO/O₂/N₂體系
2濃度影響'>        4.3.3 O₂濃度影響
    4.4 TPD方法研究等離子體和催化劑相互作用
        4.4.1 等離子體對吸附在Cu（165）ZSM-5上NO的作用
2的作用'>        4.4.2 等離子體對共吸附在Cu（165）ZSM-5上NO和O₂的作用
2的表面反應(yīng)'>        4.4.3 室溫下等離子體引發(fā)共吸附在催化劑上NO和O₂的表面反應(yīng)
x的反應(yīng)機制'>    4.5 脫除NO_x的反應(yīng)機制
    本章小結(jié)
第五章 氮、氧在等離子體—催化條件下合成氮氧化物研究
2和O₂合成NO_x的熱力學(xué)平衡計算'>    5.1 N₂和O₂合成NO_x的熱力學(xué)平衡計算
    5.2 等離子體與催化劑聯(lián)合作用下氮氧化物的合成研究
        5.2.1 溫度及催化劑種類對氮氧化物合成的影響
        5.2.2 輸入放電能量密度對氮氧化物合成的影響
        5.2.3 氧氣濃度對氮氧化物合成的影響
    5.3 等離子體和催化劑協(xié)同作用合成氮氧化物機理
    本章小結(jié)
第六章 單純等離子體及等離子體-催化選擇還原氮氧化物研究
    6.1 烴類存在下介質(zhì)阻擋放電直接脫除氮氧化物
2H₄/N₂體系'>        6.1.1 NO/C₂H₄/N₂體系
2/C₂H₄/N₂體系'>        6.1.2 NO/O₂/C₂H₄/N₂體系
        6.1.3 四個反應(yīng)體系中等離子體直接脫除氮氧化物各項指標(biāo)比較
    6.2 介質(zhì)阻擋放電和各種催化劑結(jié)合選擇還原氮氧化物研究
        6.2.1 M（金屬）-ZSM-5單純催化選擇還原氮氧化物
        6.2.2 介質(zhì)阻擋放電和各種催化劑結(jié)合選擇還原氮氧化物
    6.3 介質(zhì)阻擋放電和CuZSM-5催化劑結(jié)合脫除氮氧化物
        6.3.1 反應(yīng)溫度的影響
        6.3.2 輸入放電能量密度的影響
2濃度的影響'>        6.3.3 O₂濃度的影響
        6.3.4 放電條件下催化劑穩(wěn)定性的初步考察
        6.3.5 “一段法”和“兩段法”性能的比較
        6.3.6 等離子體條件下乙烯對NO轉(zhuǎn)化的影響
2及NO對選擇催化還原性能的影響'>        6.3.7 反應(yīng)氣中NO₂及NO對選擇催化還原性能的影響
2和N₂O濃度的比較'>        6.3.8 反應(yīng)產(chǎn)物中CO，CO₂和N₂O濃度的比較
    本章小結(jié)
第七章 等離子體-催化反應(yīng)體系的電學(xué)特性及脫除氮氧化物比能耗研究
    7.1 介質(zhì)阻擋放電和催化劑結(jié)合體系的電學(xué)特性
        7.1.1 介質(zhì)阻擋放電和催化劑結(jié)合體系的電流-電壓波形
        7.1.2 不同溫度下李薩如圖形（輸入放電功率）的測定
        7.1.3 不同內(nèi)徑反應(yīng)器上李薩如圖形（放電功率）的測定
x比能耗的關(guān)系'>    7.2 放電電壓與輸入放電能量密度和轉(zhuǎn)化NO_x比能耗的關(guān)系
        7.2.1 反應(yīng)器A
            7.2.1.1 氣體放電溫度影響
            7.2.1.2 填充與非填充反應(yīng)器的性能比較
        7.2.2 反應(yīng)器B
    本章小結(jié)
第八章 等離子體-催化反應(yīng)體系的發(fā)射光譜及協(xié)同作用機制研究
2介質(zhì)阻擋放電體系的發(fā)射光譜研究'>    8.1 無填充NO/N₂介質(zhì)阻擋放電體系的發(fā)射光譜研究
        8.1.1 反應(yīng)溫度的影響
        8.1.2 不同NO入口濃度影響
        8.1.3 輸入放電能量密度的影響
    8.2 填充石英砂時介質(zhì)阻擋放電體系的發(fā)射光譜研究
        8.2.1 反應(yīng)器中填充介質(zhì)的影響
2H₄濃度影響'>        8.2.2 不同C₂H₄濃度影響
2濃度影響'>        8.2.3 不同O₂濃度影響
        8.2.4 輸入放電能量密度的影響
    8.3 Cu（165）ZSM-5和石英砂上等離子體的原位發(fā)射光譜診斷
    8.4 等離子體和催化劑結(jié)合—“一段法”的反應(yīng)機制
    本章小結(jié)
第九章 結(jié)論與展望
    9.1 本研究工作所取得的主要成果
    9.2 展望：有待繼續(xù)深入研究的問題
發(fā)表論文和專利
創(chuàng)新點摘要
致謝

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