镍基催化剂的制备及其对含氰废气的处理研究
发布时间：2020-12-26 03:50
含氰废气通常具有致癌性、高毒性甚至剧毒性,属于非常规有机污染物。工业碳纤维生产过程产生的含氰废气,降温后会有焦油析出,多以燃烧法进行消除,但容易产生NOx排放和HCN燃烧不完全的问题。工业中焦油气转化一般采用过渡金属、天然矿石材料、分子筛和碱金属等催化剂,其中负载型镍基催化剂,因其较高的活性、较为低廉的价格而备受研究者的关注。本论文以分子筛和天然矿石材料负载金属镍催化剂,研究其催化处理含氰废气,开发高效的含氰废气处理工艺。本文制备了多种负载型镍基催化剂,在模型化合物苯甲腈蒸汽裂解体系上,进行了催化效果评价,并以实验室模拟产生的碳纤维含氰废气进行验证,结合多种表征测试方法分析催化剂的物化特性,获得了一些新的有价值的结果。首先对碳纤维低温碳化过程产生的含氰废气进行了分析。预氧化纤维丝在碳化过程中会释放出高温气体。一类是永久性气体包含H2、CO、CH4、CO2、HCN和NH3等,有毒害的气体中NH3含量最高,占23.8%。HCN的含量虽然最低,只有1.6%,但毒性却最高。另一类焦油气体成分非常复杂,链状的含有-CN基团的有机物含量最多,其次含N或含-CN基团的环类化合物,少量的烷烃和含O的有...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 含氰废气
1.2 含氰废气的消除方法
1.2.1 氰化氢的消除方法
1.2.2 有机腈类的消除方法
1.3 含氰废气及焦油气催化裂解的研究进展
1.3.1 天然矿石类催化剂
1.3.2 合成类催化剂
1.4 镍基催化剂在含氰焦油气催化净化中的应用
1.5 立题依据和研究内容
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验材料及仪器设备
2.2 催化剂的制备
2.2.1 镍基分子筛催化剂的制备
2.2.2 镍基白云石催化剂的制备
2.3 表征方法
2.4 催化剂的性能评价
2.4.1 模型化合物转化实验
2.4.2 碳化-转化反应实验
2.4.3 产品分析方法
第三章 低温碳化过程的分析
3.1 引言
3.2 预氧化丝在碳化过程中的变化
3.3 预氧化丝碳化过程中逸出气体成分分析
3.3.1 永久性气体成分
3.3.2 焦油成分
3.4 本章小结
第四章 HZSM-5分子筛负载镍催化模型化合物苯甲腈的研究
4.1 引言
4.2 催化剂制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 催化剂的表征
4.3.2 催化剂活性评价
4.3.2.1 HZSM-5与USY分子筛不同载镍量对比研究
2改性的影响"> 4.3.2.2 CeO2改性的影响
4.3.2.3 反应条件的影响
4.4 本章小结
第五章 CaO-MgO载体负载镍催化模型化合物苯甲腈的研究
5.1 引言
5.2 催化剂制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂的表征
5.3.2 催化剂活性评价
5.3.2.1 不同载体的对比研究
5.3.2.2 不同镍负载量对反应的影响
2改性的影响"> 5.3.2.3 CeO2改性的影响
5.3.2.4 反应条件的影响
5.4 本章小结
第六章 镍基催化剂催化模型化合物转化的本征动力学和稳定性
6.1 引言
6.2 实验材料和方法
6.3 镍基催化剂催化苯甲腈蒸汽裂解的本征动力学
6.3.1 焦油催化裂解动力学研究进展
6.3.2 苯甲腈蒸汽催化裂解本征动力学模型
6.3.2.1 外扩散和内扩散的消除
6.3.2.2 动力学模型的建立和参数求取
6.3.2.3 动力学模型的验证
6.4 镍基催化剂对于苯甲腈蒸汽裂解的稳定性研究
6.4.1 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂稳定性研究
6.4.1.1 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂稳定性变化规律
6.4.1.2 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂考评后的表征
6.4.2 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂稳定性研究
6.4.2.1 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂稳定性变化规律
6.4.2.2 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂考评后的表征
6.5 本章小结
第七章 镍基催化剂在真实含氰废气体系中的应用
7.1 引言
7.2 实验材料和方法
7.3 HZSM-5分子筛载镍催化剂处理真实含氰废气
7.3.1 HZSM-5分子筛为载体的催化剂性能对比
2/HZSM-5的催化性能影响"> 7.3.2 反应条件对10Ni/5CeO2/HZSM-5的催化性能影响
7.4 CaO-MgO复合物载镍催化剂处理真实含氰废气
7.4.1 CaO-MgO复合物为载体的催化剂性能对比
2/CaO-MgO的催化性能影响"> 7.4.2 反应条件对15Ni/10CeO2/CaO-MgO的催化性能影响
7.5 反应路径的分析
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简介
博士阶段取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni nanoparticles supported on carbon as efficient catalysts for steam reforming of toluene(model tar)[J]. Chun Shen,Wuqing Zhou,Hao Yu,Le Du. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2018(02)
[2]PAN基碳纤维碳化焦油的特性及其脱除方法[J]. 王华,彭卫东,石磊,许东,葛光涛. 高科技纤维与应用. 2016(04)
[3]工业废气中氰化氢脱除技术的工业应用研究[J]. 雷军,王先厚,张清建,李木林,孔渝华. 天然气化工(C1化学与化工). 2016(03)
[4]过渡金属负载γ-Al2O3对HCN催化水解性能的影响[J]. 袁信,周键,田森林,蒋明,宁平,张秋林. 环境科学研究. 2014(12)
[5]生物质焦油裂解用催化剂研究进展[J]. 刘子姣,芦晓芳. 资源节约与环保. 2014(10)
[6]含氰化氢废气治理研究进展[J]. 蒋明,宁平,王重华,陈炜,周键,王磊,覃扬颂. 化工进展. 2012(11)
[7]改性活性炭吸附脱除氰化氢[J]. 蒋明,宁平,王重华,田森林,庙荣荣,周键,陈炜,王磊. 中南大学学报(自然科学版). 2012(08)
[8]碳纤维工业废水的处理技术[J]. 杨平平. 山西冶金. 2011(05)
[9]Fe2O3控制再燃脱硝中间产物HCN[J]. 苏亚欣,Benson B.Gathitu. 环境科学学报. 2011(06)
[10]聚丙烯腈基碳纤维生产中氰化氢废气的脱除方法[J]. 刘礼华,季春晓. 石油化工技术与经济. 2011(01)
博士论文
[1]介孔/微孔分子筛选择催化燃烧含氰废气研究及其工业应用[D]. 史东军.北京化工大学 2016
[2]胜利褐煤温和气化焦油催化重整研究[D]. 王芳杰.中国矿业大学（北京） 2014
本文编号：2938981
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 含氰废气
1.2 含氰废气的消除方法
1.2.1 氰化氢的消除方法
1.2.2 有机腈类的消除方法
1.3 含氰废气及焦油气催化裂解的研究进展
1.3.1 天然矿石类催化剂
1.3.2 合成类催化剂
1.4 镍基催化剂在含氰焦油气催化净化中的应用
1.5 立题依据和研究内容
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验材料及仪器设备
2.2 催化剂的制备
2.2.1 镍基分子筛催化剂的制备
2.2.2 镍基白云石催化剂的制备
2.3 表征方法
2.4 催化剂的性能评价
2.4.1 模型化合物转化实验
2.4.2 碳化-转化反应实验
2.4.3 产品分析方法
第三章 低温碳化过程的分析
3.1 引言
3.2 预氧化丝在碳化过程中的变化
3.3 预氧化丝碳化过程中逸出气体成分分析
3.3.1 永久性气体成分
3.3.2 焦油成分
3.4 本章小结
第四章 HZSM-5分子筛负载镍催化模型化合物苯甲腈的研究
4.1 引言
4.2 催化剂制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 催化剂的表征
4.3.2 催化剂活性评价
4.3.2.1 HZSM-5与USY分子筛不同载镍量对比研究
2改性的影响"> 4.3.2.2 CeO2改性的影响
4.3.2.3 反应条件的影响
4.4 本章小结
第五章 CaO-MgO载体负载镍催化模型化合物苯甲腈的研究
5.1 引言
5.2 催化剂制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂的表征
5.3.2 催化剂活性评价
5.3.2.1 不同载体的对比研究
5.3.2.2 不同镍负载量对反应的影响
2改性的影响"> 5.3.2.3 CeO2改性的影响
5.3.2.4 反应条件的影响
5.4 本章小结
第六章 镍基催化剂催化模型化合物转化的本征动力学和稳定性
6.1 引言
6.2 实验材料和方法
6.3 镍基催化剂催化苯甲腈蒸汽裂解的本征动力学
6.3.1 焦油催化裂解动力学研究进展
6.3.2 苯甲腈蒸汽催化裂解本征动力学模型
6.3.2.1 外扩散和内扩散的消除
6.3.2.2 动力学模型的建立和参数求取
6.3.2.3 动力学模型的验证
6.4 镍基催化剂对于苯甲腈蒸汽裂解的稳定性研究
6.4.1 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂稳定性研究
6.4.1.1 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂稳定性变化规律
6.4.1.2 HZSM-5分子筛负载的镍基催化剂考评后的表征
6.4.2 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂稳定性研究
6.4.2.1 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂稳定性变化规律
6.4.2.2 CaO-MgO复合物负载的镍基催化剂考评后的表征
6.5 本章小结
第七章 镍基催化剂在真实含氰废气体系中的应用
7.1 引言
7.2 实验材料和方法
7.3 HZSM-5分子筛载镍催化剂处理真实含氰废气
7.3.1 HZSM-5分子筛为载体的催化剂性能对比
2/HZSM-5的催化性能影响"> 7.3.2 反应条件对10Ni/5CeO2/HZSM-5的催化性能影响
7.4 CaO-MgO复合物载镍催化剂处理真实含氰废气
7.4.1 CaO-MgO复合物为载体的催化剂性能对比
2/CaO-MgO的催化性能影响"> 7.4.2 反应条件对15Ni/10CeO2/CaO-MgO的催化性能影响
7.5 反应路径的分析
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者简介
博士阶段取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni nanoparticles supported on carbon as efficient catalysts for steam reforming of toluene(model tar)[J]. Chun Shen,Wuqing Zhou,Hao Yu,Le Du. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2018(02)
[2]PAN基碳纤维碳化焦油的特性及其脱除方法[J]. 王华,彭卫东,石磊,许东,葛光涛. 高科技纤维与应用. 2016(04)
[3]工业废气中氰化氢脱除技术的工业应用研究[J]. 雷军,王先厚,张清建,李木林,孔渝华. 天然气化工(C1化学与化工). 2016(03)
[4]过渡金属负载γ-Al2O3对HCN催化水解性能的影响[J]. 袁信,周键,田森林,蒋明,宁平,张秋林. 环境科学研究. 2014(12)
[5]生物质焦油裂解用催化剂研究进展[J]. 刘子姣,芦晓芳. 资源节约与环保. 2014(10)
[6]含氰化氢废气治理研究进展[J]. 蒋明,宁平,王重华,陈炜,周键,王磊,覃扬颂. 化工进展. 2012(11)
[7]改性活性炭吸附脱除氰化氢[J]. 蒋明,宁平,王重华,田森林,庙荣荣,周键,陈炜,王磊. 中南大学学报(自然科学版). 2012(08)
[8]碳纤维工业废水的处理技术[J]. 杨平平. 山西冶金. 2011(05)
[9]Fe2O3控制再燃脱硝中间产物HCN[J]. 苏亚欣,Benson B.Gathitu. 环境科学学报. 2011(06)
[10]聚丙烯腈基碳纤维生产中氰化氢废气的脱除方法[J]. 刘礼华,季春晓. 石油化工技术与经济. 2011(01)
博士论文
[1]介孔/微孔分子筛选择催化燃烧含氰废气研究及其工业应用[D]. 史东军.北京化工大学 2016
[2]胜利褐煤温和气化焦油催化重整研究[D]. 王芳杰.中国矿业大学（北京） 2014
本文编号：2938981
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