NO-,x-吸附-分解催化新體系構(gòu)建及過程特性研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，也是形成光化學(xué)煙霧的主要前驅(qū)物，控制和治理氮氧化物污染一直是國際環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在眾多的脫硝方法中催化分解法和選擇性催化還原法(SCR)的研究和應(yīng)用最為廣泛。以氨氣為還原劑的SCR技術(shù)已在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，但投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，且存在氨泄露、管道腐蝕和儲運(yùn)安全等問題。催化分解法無需還原劑、方法簡單、且投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但迄今人們所開發(fā)的相關(guān)催化劑其催化活性大都因氣相中氧氣或水蒸汽的存在而受到

2、抑制，并且催化劑起活溫度高，大多在300℃以上。因此，有關(guān)NOx催化分解新體系的研究開發(fā)一直都是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。將環(huán)境友好型雜多化合物(heteropoly compounds簡寫為HPCs)應(yīng)用于NOx的催化分解可望避免氧氣與水蒸汽抑制的問題，顯示了很好的研究開發(fā)前景。 本論文通過系統(tǒng)的實驗設(shè)計與優(yōu)化，制備并考察了雜多化合物及其負(fù)載型催化劑對NOx的脫除效果，構(gòu)建了具有吸附-分解NOx功能的雜多化合物催化新體系，揭示了體系

3、性能的構(gòu)效關(guān)系，并借助現(xiàn)代化分析手段，揭示了吸附-分解過程機(jī)理。主要內(nèi)容分為三部分： 第一部分，初步確定了雜多化合物催化新體系的工藝條件，在有氧條件下考察了空速、水蒸汽含量、反應(yīng)溫度對體系脫硝性能的影響。結(jié)果表明：最佳的工藝條件為水蒸汽含量4.2％，反應(yīng)溫度150℃，空速5298h-1。雜多化合物催化劑有效解決了傳統(tǒng)催化劑所存在的氧氣、水蒸汽抑制和起活溫度高等問題。 第二部分，采用乙醚萃取法等制備出一系列具有Kegg

4、in結(jié)構(gòu)的雜多化合物，考察了其對NOx的吸附性能，篩選出了最佳物種HPW；在此基礎(chǔ)上，選擇碳納米管(CNT)、二氧化鈦(TiO2)、鈰鋯氧化物、Y分子篩，活性炭、堇青石和活性白土為載體，采用常規(guī)浸漬法，制備出一系列的負(fù)載型磷鎢酸催化劑，考察其對NOx的吸附性能，篩選出優(yōu)良體系HPW/CNT、HPW/TiO2和HPW/CeO2，對其進(jìn)行了XRD、BET、IR、TEM表征。結(jié)果表明：混酸(VHNO3：VH2SO4=1:3)能在CNT上引入C

5、=O、COO-等含氧基團(tuán)，以水為浸漬劑、混酸處理后的CNT為載體，HPW的最佳負(fù)載量為70％時，HPW/CNT催化體系對NOx的吸附性能最佳，吸附率高達(dá)73.5％；以水為浸漬劑，HPW負(fù)載量為20％，TiO2鍛燒溫度為500℃時，所制備的HPW/TiO2催化體系對NOx的吸附性能最佳，吸附率可達(dá)62.8％；HPW負(fù)載量為70％時，HPW/CeO2對NOx的吸附性能最佳，吸附率高達(dá)75.3％。以上催化體系對NOx的吸附性能與其比表面積相關(guān)

6、性不大，主要是負(fù)載其上的HPW的假液相過程。第三部分，對最終優(yōu)選體系HPW和HPW/CeO2吸附-分解NOx的過程特性和機(jī)理進(jìn)行了研究。HPW/CeO2的適宜吸附條件為：氧氣含量8％，水蒸汽含量4.2％，吸附反應(yīng)溫度170℃，空速2649h-1～5298h-1，與初步確定的工藝條件基本一致。計算出150℃下兩種體系的飽和吸附量分別為50.5mg NO2/g和85.6mgNO2/g。通過IR表征揭示了吸附質(zhì)與催化劑的作用方式，通過GC-M