磷钨酸改性碳材料提高烟气氧化脱硝抗水性能研究
2013年1月份中国各地出现的严重雾霾天气引发人们对大气污染和PM2.5的再度关注。由于燃煤火电厂烟气排放的大量硫氧化物、氮氧化物和挥发性有机物（VOC）在空气中发生复杂的化学反应产生相对应的硫酸盐、硝酸盐、二次有机气溶胶等会造成PM2.5显著增加，如不经有效处理而直接排放到大气中就会成为PM2.5的源头。目前，烟气脱硫工艺已经较为成熟且实施多年效果显著，故研究设计出一套适合中国发展的经济、高效、绿色环保的脱硝工艺流程已经迫在眉睫。 选择性催化氧化法（SCO）作为一种新兴的烟气脱硝工艺由于其过程能耗低、效率高引起广泛关注，且其与传统的SCR法主要区别是借助催化剂的作用和利用废气中的O2把NO氧化为NO2，后续可与电厂超洁净烟气养殖微藻固炭技术生产生物柴油结合为一体，使废气废热得到合理利用，最终产生有经济价值的硝铵化肥以及生物油品。本文针对此工艺中炭基脱硝催化剂中出现的抗水性能较差的问题做了一定的基础研究，具体研究工作如下： 简单论述了电厂烟气氮氧化物的控制技术以及炭基脱硝催化剂面临的问题；系统论述了选择性催化氧化法脱硝的原理及用于烟气NOx的吸附催化剂。 将硝酸改性、碱改性以及高温热处理改性等活化改性方法用于改善活性炭的脱硝抗水性能。研究结果表明：原料活性炭在有无水汽条件下脱硝效率均较低，且水汽对其脱硝效率有负作用；硝酸活化后具有一定的抗水性能，但脱硝效率较低；碱活化改性后脱硝率要高于硝酸改性处理后的脱硝率，NaOH溶液与 KOH溶液处理后样品催化活性受溶液浓度与煅烧温度影响恰好相反，前者低浓度低温脱硝活性高，后者高浓度高温脱硝活性高，相比KOH处理活性炭样品脱硝活性较高；高温热处理改性后脱硝抗水性能较差；两步组合处理均比单步处理脱硝抗水性能有所下降。之后对所有样品进行了表面酸碱滴定，研究结果表明：脱硝抗水性能与表面碱性官能团含量并不是简单的线性关系。 通过在改性活性炭上负载不同含量的HPW考察催化剂在有水汽条件下的催化氧化脱硝活性，通过FT-IR及BET、SEM以及XRD等表征方法对催化剂进行了相应表征。研究结果表明：水汽存在条件下，HPW负载量为5％、8%、10%、12%时制备的催化剂均保持较好脱硝稳定性，其中负载量为10%时制备的催化剂脱硝活性最高，其NO脱除效率在40%左右；负载后的HPW以高度均匀的形态在活性炭载体表面上分布，并没有改变载体的结构，低负载量下HPW能够进入载体孔道内部，增加其固载强度，同时HPW形态在反应评价前后保持一致，未发生变化，且抑制了硝基与亚硝基的生成，提高了活性炭的脱硝抗水性能。 选取10%HPW/C催化剂考察模拟烟气中反应温度、氧气含量、水蒸气含量以及空速等操作参数对其脱硝抗水性能的影响。研究结果表明：催化剂脱硝抗水性能随温度、水蒸气含量、空速的增大均为先上升后下降，随氧气含量增大为先上升后基本稳定。得出最佳的操作条件为：温度120℃，氧气含量8%，水蒸气含量6%，空速1000h-1。 考察溶脱时间、溶脱温度、负载量以及溶剂类型等因素对HPW/C催化剂固载强度的影响。研究结果表明：由气相反应导致 HPW溶脱量不明显；在前1h溶脱时间内溶脱率迅速增加，之后溶脱率基本稳定在4.3%左右；随溶液温度的增加，HPW的溶脱率下降；低负载量基本不溶脱，较大负载量下溶脱稍显明显；硝酸浓度越高溶脱率越大，而氨水浓度越高溶脱率越低。 最后，对活性半焦进行活化改性处理，结果表明：水蒸气对半焦脱硝活性的影响要大于对活性炭的影响；硝酸活化以及高温热处理活化均不能解决高脱硝率与高抗水性能难以同步的问题；当HPW负载量为10%时，脱硝率稳定在80%以上，同时保持较好的脱硝稳定性。
磷钨酸;改性机理;碳材料;烟气氧化脱硝;抗水性能
中国海洋大学
硕士
化学工艺
李春虎
2013
中文
X701;TQ424.1
105
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）