金属改性ZnO精脱硫剂制备与脱硫性能研究

摘要

随着焦炉气废气排放标准中含硫量标准的日趋严格，传统的氧化锌吸附脱硫技术因其低温硫容低、再生性能差、操作条件苛刻，已经不能满足焦炉气脱硫的需要，而以ZnO为基础的添加CuO、Fe2O3、MnO、Al2O3等为促进剂的精细脱硫剂，因其脱硫精度高、使用便捷、性能稳定、低温硫容高等优点，在废气净化领域占据着重要的地位，但对于金属改性的机理，制备条件对脱硫剂结构和性质的影响，以及共沉淀剂、助剂方面还有待于进一步研究。本文主要内容如下:
　　以聚乙二醇为分散剂、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)、硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)、硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)为离子源，采用超声辅助共沉淀法制备了一系列锌基脱硫剂，重点研究了锌基脱硫剂的制备条件、反应条件、最优助剂及最优助剂的添加量等，并通过SEM、XRD、FT-IR等手段对其进行了微观表征，利用固定床反应器评价了不同条件下制备脱硫剂的脱硫效果，重点对锌基脱硫剂的制备条件、反应条件、最优助剂及最优助剂的添加量进行研究，利用固定床反应器评价不同条件对脱硫剂的脱硫效果的影响。
　　通过对比普通共沉淀法与超声辅助共沉淀法，利用XRD、SEM、FT-IR进行表征评价，结果表明超声应用于锌基脱硫剂能够显著提高脱硫剂活性组分的分散性、降低晶体颗粒大小、提高脱硫剂的硫容。通过改变超声辅助共沉淀法制备脱硫剂的制备条件，分别考察了焙烧温度、反应温度对脱硫剂性能的影响，实验结果表明，实验制备的脱硫剂最佳焙烧温度为600℃，最佳反应温度为450℃。
　　铁锌基脱硫剂为光敏型半导体，Zn2+、Fe3+导带中的电子数量影响导电率，提供的电子越多，导电率越高，铁酸锌表面的碱性就越强，越有利于硫化氢的吸附。而金属助剂能够提高Zn2+、Fe3+导带中的电子数量，从而提高铁锌基脱硫剂的脱硫能力。XRD、FT-IR表明，添加助剂Cu、Ca、Co、Ni均能不同程度提高铁锌基脱硫剂的活性组分分散性及脱硫剂晶粒的均匀程度。固定床反应器评价显示，助剂的加入不同程度提高了脱硫剂的硫容，并且Cu助剂提高效果最佳。针对最佳助剂Cu，详细考察了不同添加量对脱硫剂脱硫性能的影响，以及多次脱硫再生后的稳定性，结果显示，添加10％（摩尔分数）的Cu助剂对脱硫剂的改善最好，而且改性后的脱硫剂性能稳定。

目录

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 焦炉煤气的主要成分概述

1．2 焦炉煤气脱硫剂研究进展

1．2．1 干法脱硫

1．2．2 湿法脱硫

1．3 脱除硫化氢的机理

1．3．1 ZnO脱硫剂脱硫机理

1．3．2 ZnO脱硫剂添加CuO脱硫机理

1．3．3 ZnO脱硫剂添加MnO脱硫机理

1．4 焦炉气脱硫热力学研究进展

1．4．1 ZnO脱除硫化氢的热力学分析

1．5 脱硫剂的发展趋势

1．6 焦炉煤气脱硫目前存在的主要问题

1．7 本课题的选题意义及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料和仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 试验装置

2．2．1 超声波实验装置

2．2．2 马弗炉

2．2．3 配气装置

2．2．4 固定床反应装置

2．2．5 分析装置

2．3 脱硫剂的表征方法

2．3．1 X射线粉末衍射分析(XRD)

2．3．2 红外分析(FT-IR)

2．3．3 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．4 脱硫剂的成型

第三章 铁酸锌的制备及表征

3．1 引言

3．2 铁酸锌结构分析

3．2．1 铁酸锌脱除硫化氢

3．3 实验部分

3．3．1 铁酸锌脱硫剂制备

3．3．2 铁酸锌脱硫剂固化成型

3．3．3 铁酸锌脱硫剂高温处理

3．3．4 铁酸锌脱硫剂样品的评价

3．4 超声对铁酸锌合成的影响

3．5 铁酸锌的表征与分析

3．5．1 铁酸锌脱硫剂XRD表征

3．5．2 铁酸锌脱硫剂FT-IR表征

3．5．3 铁酸锌脱硫剂SEM表征

3．6 脱硫剂脱硫性能评价

3．6．1 焙烧温度对脱硫剂的影响

3．6．2 反应温度对脱硫剂的影响

3．6．3 超声辅助对脱硫剂的影响

3．7 本章小结

第四章 改性铁酸锌的制备及表征

4．1 引言

4．2 助剂对铁酸锌的影响分析

4．2．1 助剂的影响

4．3 实验部分

4．3．1 改性铁酸锌脱硫剂制备

4．3．2 改性铁酸锌脱硫剂的固化成型

4．3．3 改性铁酸锌脱硫剂的高温处理

4．4 添加不同助剂的脱硫剂表征分析

4．4．1 添加不同助剂的XRD表征及分析

4．4．2 添加不同助剂的FT-IR表征及分析

4．5 添加不同助剂的脱硫剂的脱硫性能

4．5．1 添加不同助剂的脱硫剂的脱硫性能

4．6 添加铜助剂的脱硫剂样品的表征

4．6．1 添加铜助剂的XRD表征结果分析

4．6．2 添加铜助剂的FT-IR表征及分析

4．6．3 添加铜助剂的SEM表征及分析

4．7 铜助剂对铁酸锌脱硫性能的影响

4．7．1 铜助剂添加量对脱硫剂的影响

4．7．2 铜助剂添加后脱硫剂的稳定性

4．8 本章小结

结论

本文创新点

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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