TiO2-rGO/ASC光催化剂用于烟气脱硝性能研究
燃煤（燃油）烟气中含有大量的大气污染物，主要为SO2、NOx。其中，NOx不仅对人体、植物，尤其是农作物以及经济作物产生损害作用，还可以形成酸雨、雾霾、光学烟雾，破坏臭氧层等，这使NOx控制技术的研究和开发迫在眉睫。引入以H2O为反应物的光催化技术不仅可改进活性半焦脱硝的“水中毒”问题，所产生的强氧化性活性基还进一步强化了NO的氧化脱除过程，实现活化半焦常规氧化脱硝和光催化氧化脱硝的协同作用。 在众多光催化剂材料中，TiO2由于其无毒、抗腐蚀和价格低廉等成为环境治污领域最具潜力的环保型光催化材料。但作为光催化剂，TiO2存在光生电子-空穴对快速复合和光谱吸收范围较窄的问题，同时作为脱硝催化剂，其机械性能和比表面积有待提高。因此以活化半焦为载体，开发一种价廉易得、抗水性好且具有可见光响应的光催化氧化脱硝剂成为本文研究的重点，主要研究工作如下: 以硝酸活化和高温水汽活化的半焦为载体，采用一步溶剂热-浸渍法制备了TiO2-rGO/ASC光催化剂。通过光催化剂的SEM及EDX、XRD、PL和UV-VisDRS分析结果可知，TiO2-rGO/ASC中纳米TiO2具有分散度好、粒径小、晶型完整等特点，且rGO对光生电子-空穴对快速复合有抑制作用和吸收峰的红移现象。 考察了在紫外光照下TiO2-rGO/ASC光催化剂中TiO2和rGO含量对光催化脱硝性能的影响。结果表明:TiO2负载量由0.5％增加到1.0％时，反应4h后NO转化率升高到67.74％;而TiO2负载量继续增加时，脱硝效率反而有下降趋势。脱硝效率随rGO含量的增加而增加，当rGO含量为8％时，脱硝性能最好，4h后转化率达70.68％。 考虑反应光照、模拟烟气氧含量和湿度是影响光催化脱硝的主要因素，设计了相应的脉冲实验，探究了紫外光照下光催化氧化过程。结果表明:与有无光照对NO转化率的影响相比，有无O2对脱硝率影响较大。无H2O时，脱硝率呈现先平稳后下降的趋势。这说明TiO2-rGO/ASC光催化剂的脱硝过程由光催化活性组分的光催化氧化和载体部分的常规氧化两部分组成。 考察了在可见光照下TiO2-rGO/ASC光催化剂中TiO2和rGO含量对光催化脱硝性能的影响，并分析原因。结果表明:TiO2-rGO/ASC光催化剂的脱硝性能随rGO含量的增加而增加。当rGO含量为8％时，脱硝性能最好，4h后转化率达53.3％。这与石墨烯对光生电荷复合的抑制作用以及光催化剂光响应范围有红移现象有关，从而增强了光催化剂的光吸收能力。光催化产物CO浓度与NO转化率的负相关关系，说明了催化剂表面存在竞争反应。 最后，优化可见光照下光催化氧化脱硝过程中的操作参数，确定了最适的反应温度、烟气氧含量和烟气湿度分别为70℃、8％含氧量和8％相对湿度。分析了TiO2-rGO/ASC光催化剂反应失活原因，并优化了热脱附再生法、水洗超声法、氨水洗超声法和水蒸汽热再生法四中再生方法。结果表明:反应前后的FT-IR分析可知产物硝酸在光催化剂表面的覆盖是光催化剂失活的主要原因。综合考虑较好的再生能力和简易的操作步骤，水蒸汽热再生法是最适再生方法，且其再生次数超过三次后，光催化剂的脱硝性能基本不变。
燃煤烟气;ASC光催化剂;二氧化钛-氧化石墨烯光催化剂;脱销性能;污染控制
中国海洋大学
硕士
化学工程
李春虎
2015
中文
X784;X701
81
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）