复合金属氧化物/半焦协同高效脱硫脱硝催化剂的研究

摘要

燃煤烟气中的SO2和NO是主要的大气污染物，是酸雨形成的主要原因，因此对其排放的控制成为我国环保工作的重点。在众多烟气脱硫脱硝技术中，干法脱硫脱硝技术由于其无二次污染，资源可回收利用、催化剂可循环等优点，逐渐成为烟气净化技术发展的趋势。活性炭作为一种优良的催化剂载体材料，被广泛用于气体净化技术中，但是活性炭价格相对较高，烟气净化装置运行费用高，因此，寻找一种高效低价的载体材料很有必要。半焦是煤在低温干馏的产物，其具有丰富的孔隙和大的比表面积，表面分布着大量的含氧基团，为SO2和NO吸附、催化转化提供了有利条件。本文针对催化剂在工作过程中脱硫产物影响脱硝活性物活性的现象，通过复合碱土金属、过渡金属氧化物，开发出了功能区域化的协同高效脱硫脱硝催化剂，主要研究工作如下:
　　 (1)半焦的活化研究。半焦在形成过程中，生成的比表面积，仍然不足，需经过活化处理进一步丰富孔隙、提高比表面积。本文利用水蒸气、氯化锌、硝酸和氢氧化钾作为活化剂对原料半焦进行活化实验得出:水蒸气活化可以显著打通封闭的孔隙，提高半焦孔容和比表面积;氯化锌活化可以降低半焦的氢含量，增加孔容;硝酸活化不仅可以脱除半焦微孔表面的灰分，增大比表面积，而且还可以增加含氧基团的表面密度;氢氧化钾活化可以改变半焦表面的酸碱度，一定温度下可以和半焦中的碳元素反应，造出新的孔隙，提高孔容和比表面积。
　　 (2)功能区域化脱硫脱硝催化剂的制备及其性能评价。当前开发的氧化物/半焦脱硫脱硝催化剂处理烟气时，物理吸附的NO会被SO2置换，同时脱硫产物硫酸可以与脱硝活性物反应生成相应的硫酸盐，导致催化剂失活。本文通过在催化剂颗粒壳层的活性物中负载10％BaO，以增强脱硝催化活性物的活性稳定性及对NO的吸附作用，催化剂核芯主要负载0.5％V2O5，将SO2直接氧化为SO3并储存于微孔中。催化剂颗粒壳层负载1％的CuO，在有NH3的参与下，NO直接还原为N2，从而达到了壳层脱硝核芯脱硫的分区域催化的效果。
　　 (3)催化剂再生的研究。通过热再生法、水洗再生法、NH3和H2还原再生法的对比研究，结果表明热再生法会略微提高再生后的催化剂脱硫活性，由97.83％提高到98.67％，脱硝活性有所下降，由76.14％下降到72.11％;而水洗再生大大降低了脱硫脱硝的性能，脱硫率下降到了77.69％，脱硝率下降到了63.81％; NH3再生还原法基本可以恢复催化剂的脱硫脱硝性能;H2还原再生法只能恢脱硝活性，脱硫率下降了6.86％。综合以上，NH3再生法对催化剂的再生要优于其他方法。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 燃煤中SO2和NOx的污染及危害

1．1．1 SO2的来源及危害

1．1．2 NOx的来源及危害

1．2 国外SO2、NOx的控制情况

1．3 我国SO2、NOx的控制情况

1．4 烟气脱硫脱硝技术的研究现状及趋势

1．4．1 烟气脱硫技术的发展概况

1．4．2 烟气脱硝技术的发展概况

1．4．3 烟气联合一体化脱硫脱硝技术的发展与趋势

1．5 炭基材料催化法脱硫脱硝

1．6 催化剂再生

1．6．1 水洗再生法

1．6．2 热分解法

1．6．3 还原再生法

1．7 选题依据、研究内容与创新点

1．7．1 选题依据

1．7．2 研究内容

1．7．3 创新点

第二章 实验准备部分

2．1 原料

2．2 气体和药品

2．3 仪器设备

2．4 溶液的配制

2．5 活性评价

2．6 气体配制

2．7 脱硫脱硝活性评价标准

2．7．1 脱硫评价标准

2．7．2 脱硝活性指标

2．8 催化剂表征

2．8．1 BET比表面积和孔结构

2．8．2 傅氏转化红外线光谱分析仪

2．8．3 扫描电镜及能谱

第三章 半焦活化处理及性能评价分析

3．1 引言

3．2 活化方法

3．2．1 水蒸气法活化

3．2．2 氯化锌法活化

3．2．3 氢氧化钾法活化

3．2．4 硝酸法活化

3．2．5 组合法活化

3．3 活性评价及表征

3．3．1 水蒸气活化处理对半焦脱硫的性能的影响

3．3．2 氯化锌活化处理对半焦脱硫的性能的影响

3．3．3 氢氧化钾活化处理对半焦脱硫的性能的影响

3．3．4 硝酸活化处理对半焦脱硫的性能的影响

3．3．5 组合法活化处理对半焦脱硫的性能的影响

3．4 本章小结

第四章 功能区域化脱硫脱硝催化剂的研究

4．1 引言

4．2 催化剂的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 BaO抑制SO2的氧化作用

4．3．2 BaO对NO的吸附作用

4．3．3 功能区域化复合型催化剂联合脱硫脱硝

4．4 本章小结

第五章 催化剂表征

5．1 傅里叶红外光谱(FTIR)

5．1．1 结果与讨论

5．2 扫描电镜(SEM／EDS)

5．2．1 结果与讨论

5．3 本章小结

第六章 功能区域化脱硫脱硝催化剂再生的研究

6．1 引言

6．2 再生程序

6．2．1 热再生

6．2．2 水洗再生

6．2．3 还原再生

6．3 再生催化剂的活性评价

6．3．1 热再生对催化剂脱硫脱硝性能的影响

6．3．2 水洗再生对催化剂脱硫脱硝性能的影响

6．3．3 还原再生对催化剂脱硫脱硝性能的影响

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 建议与展望

参考文献

致谢

攻读期间发表的学士论文