同时脱除烟道气中的CO、SO和NO的高温吸附剂的制备及其性能研究

摘要

近年来，全球能源消费的增加导致大气中各种污染物质的增多。燃煤电厂是大气污染物的主要排放源之一，烟道气通常含12％ CO2，73％N2，10％水蒸气，4％O2和1％的其它污染物质，如SO2、NOx等。因此开发一种能够在高温下同时脱除烟道气中的CO2，SO2和NOx的吸附剂对环保和节能具有十分重要的意义。
　　 此种新型核壳型复合材料以CuO/γ- Al2O3为外壳，以锆酸锂(Li2ZrO3)或硅酸锂(Li4SiO4)为内核，内核和外壳材料可在相同的温度范围内(350～500℃)分别吸附CO2和SO2，CuO/γ-Al2O3同时又是选择性氨气催化转化氮氧化物的催化剂。
　　 制备此复合吸附剂的方法包括下述步骤：(1)内核的制备：用硝酸锂、硝酸氧锆为起始原料，以溶胶凝胶法制得锆酸锂凝胶，经干燥、焙烧得锆酸锂粉体晶体；(2)外壳的制备：用三仲丁基醇铝、硝酸和硝酸铜以溶胶凝胶法制得CuO/Y-Al203溶胶；(3)将CuO/γ-Al2O3溶胶担载于锆酸锂内核之上，经干燥、烧结制得此复合吸附剂。CuO/γ-Al2O3外壳不仅是脱除SO2和NOx的吸附剂或催化剂，它同时增加了复合颗粒的机械强度。
　　 本论文从粉末材料的制备入手，以具备高温吸附CO2性能的Li2ZrO3和Li4SiO4为模型，用溶胶凝胶法制备了晶型完整、均匀的粉末样品作为复合吸附剂的内核材料。采用综合热分析仪( TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对样品进行了表征，探讨了焙烧温度、时间对材料晶型及表面形貌的影响。对样品的CO2吸附性能的测试得出，90 min L12ZrO3和L14SiO4样品吸附CO2量可分别达吸附剂质量的29.5％和32.2％。
　　 采用XRD、SEM对复合吸附剂的晶体结构、粒度和表面形貌进行了表征，研究了浸渍焙烧条件对复合吸附剂结构的影响。最后用烟气分析仪测试了复合吸附剂在250～500℃温度范围内的脱硫脱硝性能，400℃下的脱硫率可达95％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 燃煤二氧化碳的排放、危害及处理方法

1.2.1 燃煤二氧化碳的排放及其危害

1.2.2 CO2处理方法

1.2.3 高温CO2吸附剂的发展

1.3 燃煤二氧化硫和氮氧化物的排放、危害及处理方法

1.3.1 燃煤二氧化硫和氮氧化物的排放及其危害

1.3.2 烟气脱硫脱硝工艺的发展

1.3.3 CuO/Al2O3烟气干法脱硫脱硝技术

1.4 吸附材料的制备

1.4.1 高温CO2吸附剂的制备

1.4.2 包覆型粉体的制备方法

1.4.3 CuO/Al2O3催化吸附剂的制备

1.5 本课题的研究内容、意义和创新点

第二章 Li2ZrO3粉末的制备条件及性能的研究

2.1 化学试剂及实验仪器

2.1.1 化学试剂

2.1.2 主要实验仪器

2.2 Li2ZrO3粉末的制备工艺及流程

2.3 材料的表征方法

2.3.1 X射线衍射分析(XRD)

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)

2.3.3 前驱体的热分析(TG)

2.3.4 粉体的吸附能力测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 前驱体的热分析

2.4.2 焙烧温度对Li2ZrO3晶形的影响

2.4.3 焙烧时间对Li2ZrO3晶形的影响

2.4.4 Li2ZrO3晶体粉末的形貌分析

2.5 Li2ZrO3粉体对CO2的吸附能力分析

2.5.1Li2ZrO3粉体在程序升温过程中的吸附过程分析

2.5.2 Li2ZrO3粉体恒温吸附过程分析

2.6 反应机理探讨

2.7 小结

第三章 Li4SiO4粉末的制备条件及性能的研究

3.1 化学试剂及实验仪器

3.1.1 化学试剂

3.1.2 主要实验仪器

3.2 Li4SiO4粉末的制备工艺及流程

3.3 材料的表征方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 对Li4SiO4前驱体的热分解过程分析

3.4.2 焙烧温度对Li4SiO4晶形的影响

3.4.3 焙烧时间对Li4SiO4晶形的影响

3.4.4 Li4SiO4晶体粉末的形貌分析

3.5 Li4SiO4粉体对CO2的吸附能力分析

3.5.1 程序升温过程中Li4SiO4对CO2吸附能力

3.5.2 Li4SiO4粉体恒温吸附过程分析

3.6 小结

第四章 核壳型复合吸附剂的制备条件及性能的研究

4.1 化学试剂及实验仪器

4.1.1 化学试剂及所用气体

4.1.2 主要实验仪器

4.2 γ-Al2O3溶胶的制备工艺及流程

4.3 复合吸附剂核-壳结构的形成

4.4 复合吸附剂的制备工艺研究

4.4.1 浸渍焙烧方法的确定

4.4.2 复合吸附剂的XRD分析

4.5 复合吸附剂性能评价

4.5.1 性能评价装置

4.5.2 复合吸附剂性能测试

4.6 结果与讨论

4.6.1 反应温度对吸附剂脱硫脱硝活性的影响

4.6.2 反应时间对吸附剂脱硫脱硝活性的影响

4.7 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢