本文關(guān)鍵詞：燃煤煙氣二氧化碳催化氫化還原反應(yīng)實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：二氧化碳(CO2)減排作為影響未來世界經(jīng)濟和環(huán)境的重大國際問題,是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。作為一種有效的CO2還原方法,催化氫化CO2已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究,但該方法存在反應(yīng)能耗高,操作條件復(fù)雜,經(jīng)濟性差等問題,限制了其工業(yè)化應(yīng)用。本文基于催化轉(zhuǎn)移氫化理論,提出了一種新型、常溫、常壓下燃煤煙氣CO2還原方法,為CO2資源化利用提供了理論支撐和技術(shù)基礎(chǔ)。在自制的反應(yīng)器中,優(yōu)選出了在常溫、常壓條件下可實現(xiàn)燃煤煙氣CO2高效轉(zhuǎn)化的供氫體M,進行了溶劑比例、吸收溶液濃度、反應(yīng)溫度及溶液pH等因素對CO2轉(zhuǎn)化的影響實驗,獲得了CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽反應(yīng)體系的最佳實驗條件,即乙醇體積百分含量為80%,M濃度為0.439mol·L-1,反應(yīng)溫度為45℃,溶液pH為9.0；考察了脫硫尾部煙氣中的共存氣體如二氧化硫、一氧化氮及氧氣等對CO2轉(zhuǎn)化的競爭或抑制機制,結(jié)果表明,以上共存氣體對該體系中CO2轉(zhuǎn)化無明顯影響；根據(jù)穿透實驗,并結(jié)合相關(guān)理論,計算出了在最佳實驗條件下M溶液對CO2的吸收總量約為2.65×107mg。為進一步提高CO2轉(zhuǎn)化效率,制備了鎳磷(Ni/P)催化劑,其最優(yōu)制備條件如下：載體為三氧化二鋁(Al2O3), Ni/P摩爾比為1：1,浸漬時間為12h,焙燒溫度為550℃。利用Ni-P/Al2O3催化劑進行了CO2催化轉(zhuǎn)化實驗,在最佳實驗條件下,即Ni-P/Al2O3催化劑添加量為1.0%(質(zhì)量比),供氫體濃度為0.175mol·L-1,溶液pH為8.0,乙醇濃度為90%,反應(yīng)溫度為55℃,氣體流量為0.5L·min-1,吸收液體積為0.15L時,CO2轉(zhuǎn)化效率提高了約36.72%,供氫體M用量降低了約60.14%,表明Ni-P/Al2O3催化劑對CO2還原反應(yīng)具有良好的促進作用。采用紫外吸收光譜(Ultraviolet Adsorption Spectrometry,UAS)、離子色譜(Ion Chromatography,IC)、傅里葉變換紅外光譜(Fourier Transform Infrared Spectrometry,FTIR)及高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, HPLC/MS)等手段對反應(yīng)產(chǎn)物進行了表征和分析,證實了CO2還原產(chǎn)物主要為甲酸鈉(HCOONa);基于電化學(xué)理論,結(jié)合CO2和M反應(yīng)特性及前人研究結(jié)果,揭示了M還原CO2生成HCOONa的反應(yīng)機理,認為硼氫化物質(zhì)BHi(OH)4-i-1 (i=3,2,1)和HCO2BHj(OH)3-j-1(j=3,2,1,0)是該反應(yīng)的重要活性媒介。依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)法和恒溫過程的亥姆霍茲函數(shù),計算了標準狀況和實驗溫度區(qū)間即5℃-65℃下的熱力學(xué)參數(shù),分析論證了M還原CO2為HCOONa的反應(yīng)的熱力學(xué)可行性,得出了反應(yīng)溫度與熱力學(xué)參數(shù)相關(guān)模型,計算并分析了反應(yīng)溫度對CO2轉(zhuǎn)化為HCOONa的影響。開展了非催化條件和催化條件下的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)實驗,結(jié)果表明,在非催化條件下,CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的分級數(shù)為1.08,反應(yīng)表觀活化能約為20.25kJ·mol-1;在催化條件下,CO2反應(yīng)分級數(shù)為1.44,反應(yīng)表觀活化能為12.64kJ·mol-1,表明Ni-P/Al2O3催化劑可有效降低M與CO2還原反應(yīng)能壘,提高反應(yīng)速率。
【關(guān)鍵詞】：燃煤煙氣 二氧化碳 催化還原 供氫體 甲酸鈉
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X701
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 主要符號表16-17
• 第1章 緒論17-30
• 1.1 課題研究背景17-20
• 1.2 CO_2減排技術(shù)20-27
• 1.2.1 碳捕集技術(shù)20-24
• 1.2.2 CO_2資源化利用技術(shù)24-27
• 1.3 論文研究內(nèi)容27-29
• 1.4 本章小結(jié)29-30
• 第2章 CO_2轉(zhuǎn)化反應(yīng)實驗研究30-48
• 2.1 供氫體試劑的選取30-32
• 2.1.1 無機供氫體30-31
• 2.1.2 有機供氫體31-32
• 2.2 實驗裝置與步驟32-34
• 2.3 儀器設(shè)備與分析方法34
• 2.4 實驗藥品34-36
• 2.4.1 實驗試劑34-35
• 2.4.2 吸收液制備35-36
• 2.5 M與IPA吸收液的反應(yīng)性能對比36
• 2.6 供氫試劑M溶劑的選取36-38
• 2.7 M與CO_2反應(yīng)的正交實驗分析38-39
• 2.8 影響因素實驗39-43
• 2.8.1 r_e對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響39-40
• 2.8.2 c_M對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響40
• 2.8.3 T對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響40-42
• 2.8.4 pH對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響42-43
• 2.9 共存氣體對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響43-44
• 2.9.1 脫硫后SO_2及NO對體系的影響43-44
• 2.9.2 O_2對CO_2轉(zhuǎn)化效率的影響44
• 2.10 CO_2濃度對轉(zhuǎn)化效率的影響44-45
• 2.11 M與CO_2反應(yīng)的平行實驗45
• 2.12 M與CO_2反應(yīng)的穿透實驗45-47
• 2.13 本章小結(jié)47-48
• 第3章 CO_2催化還原反應(yīng)實驗研究48-72
• 3.1 CO_2加氫轉(zhuǎn)化催化劑48-53
• 3.2 M釋氫催化劑53-54
• 3.3 催化劑的篩選54-58
• 3.3.1 實驗藥品54
• 3.3.2 實驗儀器及設(shè)備54-55
• 3.3.3 催化劑制備與篩選55-58
• 3.4 Ni催化劑制備條件的優(yōu)化58-61
• 3.4.1 載體58-59
• 3.4.2 Ni/P摩爾比59-60
• 3.4.3 浸漬時間60
• 3.4.4 焙燒溫度60-61
• 3.5. Ni-P/Al_2O_3催化劑催化CO_2反應(yīng)的影響因素實驗61-67
• 3.5.1 催化劑添加量對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響61-62
• 3.5.2 供氫體濃度對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響62-63
• 3.5.3 溫度對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響63-64
• 3.5.4 pH對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響64-65
• 3.5.5 乙醇濃度對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響65-66
• 3.5.6 總氣體流量對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響66
• 3.5.7 停留時間對CO_2催化轉(zhuǎn)化的影響66-67
• 3.6 CO_2催化轉(zhuǎn)化的最佳實驗條件67-68
• 3.7 Ni-P/Al_2O_3催化劑表征68-70
• 3.7.1 SEM表征與分析68-69
• 3.7.2 XRD表征與分析69-70
• 3.7.3 CO_2催化反應(yīng)機理70
• 3.8 本章小結(jié)70-72
• 第4章 CO_2與M反應(yīng)機理72-87
• 4.1 CO_2反應(yīng)特性72
• 4.2 M反應(yīng)特性與機理72-73
• 4.3 反應(yīng)產(chǎn)物表征73-83
• 4.3.1 UAS分析73-77
• 4.3.2 IC分析77-79
• 4.3.3 FTIR分析79-81
• 4.3.4 HPLC/MS分析81-83
• 4.4 CO_2的硼氫化還原反應(yīng)機理83-85
• 4.5 電極電勢理論分析85
• 4.6 HCOOH分離提純85-86
• 4.7 本章小結(jié)86-87
• 第5章 CO_2轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)87-98
• 5.1 反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)87-89
• 5.1.1 反應(yīng)焓變87-88
• 5.1.2 反應(yīng)熵變88
• 5.1.3 吉布斯函數(shù)88
• 5.1.4 平衡常數(shù)88-89
• 5.2 標準狀態(tài)下的CO_2反應(yīng)熱力學(xué)89
• 5.3 熱力學(xué)參數(shù)與溫度的關(guān)系模型89-92
• 5.4 熱力學(xué)模型的驗證92
• 5.5 溫度對反應(yīng)體系的熱力學(xué)影響機制92-95
• 5.6 溫度對反應(yīng)體系氣體分壓的影響機制95-97
• 5.7 本章小結(jié)97-98
• 第6章 CO_2轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)98-112
• 6.1 反應(yīng)系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)98-101
• 6.1.1 速率常數(shù)與反應(yīng)級數(shù)98-100
• 6.1.2 表觀活化能100-101
• 6.2 CO_2反應(yīng)動力學(xué)研究101-107
• 6.2.1 化學(xué)反應(yīng)速率方程的確定101-105
• 6.2.2 CO_2反應(yīng)表觀活化能105-107
• 6.3 V_r～T_k關(guān)系的熱力學(xué)和動力學(xué)解釋107-108
• 6.4 CO_2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)108-111
• 6.4.1 CO_2催化反應(yīng)分級數(shù)108-109
• 6.4.2 CO_2催化反應(yīng)表觀活化能109-111
• 6.5 本章小結(jié)111-112
• 第7章 結(jié)論與展望112-114
• 7.1 主要結(jié)論112-113
• 7.2 創(chuàng)新點113
• 7.3 研究展望113-114
• 參考文獻114-125
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果125-127
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研工作127-128
• 致謝128-129
• 作者簡介129

【參考文獻】

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本文編號：369643