NOx由于可以導致酸雨和光化學煙霧等環(huán)境災害而受到了人們的廣泛關(guān)注。相對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半焦進行活化,同時負載金屬氧化物和NO吸附劑BKS,以增加半焦對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)合實驗結(jié)果,探討NO在半焦上的氧化的機理。最后考察再生條件對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；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；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)份的同時提高固定碳的含量。樣品C(40+O2)的比表面積最大,可達252.7 m2/g；活性最高,當反應(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)化率為穿透點時,硝容為0.455%�；钚园虢贡砻娴聂驶倌軋F和堿性官能團是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,同時氧化產(chǎn)物NO2遷移并儲存到堿性官能團并讓出活性位。 兩步組合活化中,樣品B2C的比表面積最大,達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400.4 m2/g；樣品A1B1C的硝容最大,為0.856%。對樣品A1B1C的活化步驟進行進一步的優(yōu)化后,硝容提高到1.638%。 負載過渡金屬氧化物的半焦活性高于未經(jīng)負載的半焦,其中負載CuO的效果好于其他金屬氧化物,當CuO負載量為1%時,催化活性最高。當反應(yīng)溫度70℃、空速800h-1、O2 5%、NO濃度1384 mg/m3,同時設(shè)定小于70%的轉(zhuǎn)化率為穿透點時,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,當水汽含量升為15%時,硝容僅為0.6426%,較無水汽時的硝容減少了250%。在活性半焦上浸漬BKS溶液有利于提高活性半焦對NO的吸附量和催化活性。當BKS濃度增加為80%時,NO的穿透時間為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。當空速為1000h-1或NO濃度為1937 mg/m3時,其硝容最大。SO2對NO的轉(zhuǎn)化率起抑制作用,而NO對SO2的轉(zhuǎn)化起促進作用。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,此時活性半焦的硝容為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�；裙倌軋F。研究認為催化反應(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,樣品SC(Cu,1%)(80%)的再生硝容仍是新鮮樣品硝容92.7%。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：X701
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻綜述
    1.1 研究背景
        1.1.1 酸雨的形成
X的危害及對策'>        1.1.2 NO_X的危害及對策
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)生機理
X'>        1.3.1 熱力型NO_X

        1.3.2 燃料型NO_X

        1.3.3 瞬時反應(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
        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 高溫熱處理活化
        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
        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
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價
3 單一活化方法對半焦催化氧化NO性能的影響
    3.1 目的
    3.2 實驗結(jié)果
        3.2.1 半焦脫硝催化劑物化性質(zhì)
        3.2.2 活性評價
    3.3 討論
    3.4 小結(jié)
4 組合活化方法對半焦催化氧化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 對半焦催化劑的進一步的優(yōu)化
        4.3.4 討論
    4.4 小結(jié)
5 半焦負載過渡金屬氧化物對NO催化氧化性能的影響
    5.1 目的
    5.2 催化劑制備
    5.3 脫硝性能測定的實驗條件
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 過渡金屬氧化物對NO氧化的影響
        5.4.2 CuO負載量對催化效果的影響
    5.5 負載不同含量CuO的活性半焦的SEM分析
    5.6 小結(jié)
6 煙氣中水汽含量對CuO負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 實驗結(jié)果與討論
        6.3.1 水汽對半焦脫硝活性的影響
        6.3.2 BKS濃度對半焦脫硝活性的影響
    6.4 結(jié)論
7 操作參數(shù)對CuO負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 實驗結(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理與反應(yīng)動力學研究
    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 再生半焦的活性評價
    9.4 再生催化劑脫硝性能測定
        9.4.1 再生溫度的影響
        9.4.2 再生時間的影響
        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
致謝
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【引證文獻】

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本文編號：2866350

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