低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑的煙氣脫硝工藝研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)作為主要的大氣污染物之一，對(duì)環(huán)境的破壞作用極大。近年來(lái)，隨著低溫等離子體化學(xué)的開(kāi)拓與發(fā)展，利用低溫等離子體和催化劑協(xié)同脫除氮氧化物的方法已引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本論文通過(guò)對(duì)低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑脫除NOx反應(yīng)的研究，實(shí)現(xiàn)了模擬煙氣條件下的NOx高效脫除，為等離子體協(xié)同催化劑在脫硝反應(yīng)中的實(shí)際應(yīng)用提供了有益的探索和發(fā)展。主要成果如下:
　　(1)創(chuàng)造性地提出了低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑脫除NOx的反應(yīng)，在室溫下

2、實(shí)現(xiàn)了模擬煙氣中NOx的高效脫除同時(shí)又顯著節(jié)省了能耗，具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　(2)研究了天然絲光沸石(NMOR)吸附催化劑上NO的吸附性能和吸附機(jī)理。天然絲光沸石在改性之后對(duì)NO的吸附性能明顯提高。其中，酸處理過(guò)程能夠除去堵塞在天然絲光沸石孔道中的雜質(zhì)，使沸石的孔道變得暢通;而金屬離子交換過(guò)程則提高了NMOR對(duì)于NO的氧化性。與此同時(shí)，考察了實(shí)際煙氣成分對(duì)于NMOR上NO的吸附影響。由于共吸附和化學(xué)作用，O2能夠提高NMO

3、R上NO的吸附;由于競(jìng)爭(zhēng)吸附或毒化吸附，H2O，CO2，SO2對(duì)于NO的吸附則會(huì)造成消極的影響。其中Ni-NMOR對(duì)于NO的飽和吸附量高達(dá)1.20mmol/g，優(yōu)于眾多文獻(xiàn)報(bào)道的人工合成吸附劑。原位紅外結(jié)果表明，Ni-NMOR一方面可以促進(jìn)NO氧化為NO2，另一方面又易于和NO形成二齒配體，因此對(duì)于NO的吸附性能很優(yōu)異。在Ni-NMOR上，初步探索了低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑分解脫除NOx的反應(yīng)，驗(yàn)證了該脫硝方案的可行性。
　　(

4、3)研究了以甲烷為還原劑作用下低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑H-ZSM-5脫除NOx的NSR反應(yīng)。H-ZSM-5在吸附階段起到吸附NOx的作用，在放電階段則起到催化NOx脫除的作用。重點(diǎn)考察了還原劑CH4濃度、O2濃度、氣體空速和等離子體放電功率等對(duì)NOx脫除反應(yīng)的影響，并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了相應(yīng)的分析和探討。等離子體中能量密度是影響NOx脫除的首要因素，較高的能量密度有益于NOx脫附和轉(zhuǎn)化。高濃度的O2與N2發(fā)生的化合反應(yīng)則是干擾NOx脫除的

5、主要因素。CH4的引入，能顯著提高NOx的轉(zhuǎn)化。一方面，一定量的CH4在NOx脫除反應(yīng)中起到還原劑的作用;另一方面，CH4的氧化能夠消耗體系中的O2，抑制逆反應(yīng)的發(fā)生。同時(shí)，對(duì)富氧條件下低溫等離子體協(xié)同H-ZSM-5脫除NOx的循環(huán)反應(yīng)也做了評(píng)價(jià)，NOx的轉(zhuǎn)化率始終能夠維持在90％以上。XRD和SEM結(jié)果表明，H-ZSM-5的晶型結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。
　　(4)為進(jìn)一步適應(yīng)甲烷為還原劑的低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑ZSM-5脫除NOx反應(yīng)

6、的實(shí)際應(yīng)用需要，詳細(xì)地研究了水蒸氣對(duì)于該反應(yīng)的影響及其作用機(jī)理，并最終提出解決方案。在反應(yīng)的吸附階段，H2O和NOx在ZSM-5表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附從而降低了ZSM-5對(duì)于NOx的吸附量。Ni2+改性后則可顯著加強(qiáng)ZSM-5的抗水性。在反應(yīng)的放電階段，H2O的作用機(jī)理較為復(fù)雜。首先，大量的吸附水消耗高能電子，降低體系的能量密度，不利于NOx脫附和轉(zhuǎn)化;其次，在等離子體作用下H2O與N2反應(yīng)生成NOx;再次，在等離子體作用下H2O與還原劑CH

7、4反應(yīng)，CH4被過(guò)度消耗因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的脫硝效果。提高體系的能量密度以及增加原料氣中的CH4濃度能夠恢復(fù)NOx的脫除效率至97％。
　　(5)為適應(yīng)大型電廠排放煙氣的凈化，研究了以氨為還原劑作用下低溫等離子體協(xié)同吸附催化劑脫除NOx的反應(yīng)?？疾炝诉€原劑NH3濃度、O2濃度、NOx吸附量和等離子體放電功率等對(duì)NOx脫除反應(yīng)的影響，并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了相應(yīng)的分析和探討。相比于以CH4為還原劑或者無(wú)還原劑的條件下，以NH3為還原劑可以在