中低温烟气催化脱硝及其机理研究

发布时间：2017-09-06 18:21

  本文关键词：中低温烟气催化脱硝及其机理研究

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【摘要】：燃煤烟气是造成我国大气污染的主要原因,中低温燃煤锅炉是我国燃煤烟气的主要来源,对于中低温燃煤锅炉烟气的控制成为近年来大气污染控制的热点。本文在传统VWTi催化剂的基础上,通过改进得到了脱硝活性高的VWTi催化剂,并对其机理进行了系统研究。针对低负荷燃煤机组,本文对氨法脱硫脱硝吸收产物NO_2~-和SO_3~(2-)的催化氧化过程进行了实验研究;建立鼓泡反应装置,对氨法脱硫副产物+4价硫S(Ⅳ)的氧化过程进行研究;探究了 H_2O_2的自身分解规律和对烟气中主要污染物的氧化行为,并在鼓泡反应器中对氨同时吸收SO_2和NO_x的反应进行了探讨。用过量浸渍法在TiO_2和Al_2O_3载体上负载V_2O_5,制备了 V_2O_5/TiO_2和V_2O/Al_2O_3催化剂,解析载体对催化剂脱硝活性的影响。脱硝活性测试结果表明,V_2O_5/TiO_2比V_2O_5/Al_2O_3有着更高的SCR活性。采用XRD、BET、UV-vis、DFT理论计算、XPS、EPR和in situ-DRIFT等表征技术,研究了催化剂结构和表面性质,结果表明两种载体都能和V_2O_5相互作用。载体和V_2O_5的相互作用,使电子易于由载体向V_2O_5转移,从而使催化剂表面的还原态V_2O_5增多。与V_2O_5/Al_2O_3相比,V_2O_5/TiO_2催化剂表面形成的超氧自由基可以提高催化剂表面的NO氧化能力,因此使得V_2O_5/TiO_2催化剂具有更高的脱销活性。以TiO_2为载体负载V_2O_5和WO_3,制备商业脱硝催化剂V_2O_5-WO_3/TiO_2,其中WO_3拓宽了催化剂的活性温度窗口,且当WO_3的含量达到6%时该趋势最明显。采用XRD、XPS、PL以及EPR等表征技术,研究WO_3对催化剂的结构和表面特性的影响,结构表明WO_3能够与TiO_2载体表面氧空位作用,抑制了载体金红石相的产生,使催化剂高温下的稳定性增强;WO_3具有一定的存储和转移电子的能力,促进了 V_2O_5与载体TiO_2的作用,使电子更易由载体向V_2O_5转移,从而使催化剂表面还原态V_2O_5进一步增多;催化剂表面还原态的V_2O_5是超氧自由基生产的活性位点,因此W03的存在促进了催化剂表面超氧自由基数量的增多,从而提升了 V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的选择性催化还原(SCR)脱硝活性。针对工业锅炉、烧结机、催化裂化装置等,烟气温度较低(低于180℃),SCR脱硝技术难以普遍适用的体系,本文提出以H_2O_2为氧化剂,以α-Fe_2O_3,Fe/Al_2O_3及Fe/TiO_2为催化剂,催化转化H_2O_2为·OH在较低的温度下氧化NO_x为硝酸盐,从而达到脱硝的目的。采用XRD、SEM、BET、NH3-TPD、FTIR以及XPS等表征技术,重点研究了H_2O_2在铁基催化剂表面的分解机制及其氧化脱除NO_x的机理。在同时脱硫脱硝的过程中,主要得到不稳定的SO_3~(2-)和NO_2~-混合液,易分解为SO_2和NO_x。需对其进行氧化处理,以得到稳定的SO_4~(2-)和NO_3~-,达到固硫固氮的目的。因而,对SO_3~(2-)和NO_2~-的氧化动力学进行了系统研究,结果表明S032-和NO_2~-能够氧化为SO_4~(2-)和 NO_3~-。
【关键词】：烟气脱硝 氨法SCR V_2O_5-WO_3/TiO_2 H_2O_2 同时脱硫脱硝
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-30
• 1.1 我国NO_x和SO_2的排放现状12-13
• 1.2 NO_x和SO_2的危害13-14
• 1.3 NO_x和SO_2的来源14-16
• 1.3.1 NO_x的来源14-15
• 1.3.2 SO_2的来源15-16
• 1.4 NO_x和SO_2政策层面上的控制对策16-17
• 1.5 NO_x和SO_2技术层面上的控制对策17-28
• 1.5.1 烟气脱硝技术17-20
• 1.5.2 烟气脱硫技术20-23
• 1.5.3 烟气同时脱硫脱硝技术23-28
• 1.6 论文选题依据及研究内容28-30
• 1.6.1 论文选题依据28-29
• 1.6.2 研究内容29-30
• 2 V_2O_5/TiO_2与V_2O_5/Al_2O_3催化剂的制备及其SCR性能研究30-50
• 2.1 实验部分30-35
• 2.1.1 主要仪器与试剂30
• 2.1.2 催化剂制备30-32
• 2.1.3 催化剂表征32-34
• 2.1.4 催化剂活性评价34-35
• 2.2 结果与讨论35-48
• 2.2.1 催化剂活性35-36
• 2.2.2 微观特性分析36-38
• 2.2.3 UV-vis漫反射光谱和EIS分析38-40
• 2.2.4 密度泛函理论(DFT)计算40-43
• 2.2.5 表面还原物种分析43-44
• 2.2.6 表面元素价态及氧空位分析44-46
• 2.2.7 NO氧化分析46-48
• 2.3 本章小结48-50
• 3 V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的制备及其SCR性能研究50-65
• 3.1 实验部分50-51
• 3.1.1 主要仪器与试剂50
• 3.1.2 催化剂制备50-51
• 3.1.3 催化剂表征(氧空位分析)51
• 3.1.4 催化剂活性评价51
• 3.2 结果与讨论51-64
• 3.2.1 催化剂活性51-52
• 3.2.2 XRD分析52-53
• 3.2.3 UV-vis分析53-55
• 3.2.4 PL光谱分析55-56
• 3.2.5 表面DFT计算56-59
• 3.2.6 XPS分析59-62
• 3.2.7 原位红外谱图分析62-64
• 3.3 本章小结64-65
• 4 H_2O_2催化转化·OH氧化脱硫脱硝研究65-82
• 4.1 实验65-67
• 4.1.1 实验仪器与试剂65
• 4.1.2 催化剂制备65-66
• 4.1.3 催化活性评价装置66
• 4.1.4 数据处理66-67
• 4.1.5 催化剂表征67
• 4.2 结果与讨论67-81
• 4.2.1 结构表征67-70
• 4.2.2 脱除率的影响因素70-71
• 4.2.3 表面酸性位的影响71-73
• 4.2.4 表面性质的影响73-78
• 4.2.5 增强机理研究78-79
• 4.2.6 对环境的意义79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 5 氨法同时脱硫脱硝NO_2~-和SO_3~(2-)共氧化研究82-95
• 5.1 实验部分82-83
• 5.2 理论研究83-84
• 5.3 结果与讨论84-88
• 5.3.1 亚硝酸盐浓度对氧化速率的影响84-85
• 5.3.2 亚硫酸盐浓度对氧化速率的影响85
• 5.3.3 空气流量对氧化速率的影响85-86
• 5.3.4 反应温度对氧化速率的影响86-87
• 5.3.5 pH对氧化速率的影响87-88
• 5.4 动力学模型88-91
• 5.5 模拟氧化过程91-94
• 5.6 本章小结94-95
• 6 结论与展望95-98
• 6.1 结论95
• 6.2 论文的创新点95-96
• 6.3 展望96-98
• 符号说明98-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-116
• 附录116

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