赤泥基SCR脱硝催化剂改性研究
发布时间：2021-06-25 07:07
氮氧化物NOx是常见的大气污染物之一,自“十一五”开始一直被列入我国重点治理污染物行列。燃煤电厂作为NOx的主要排放源,排放减量化面临巨大压力。目前选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction,SCR）因为NOx脱除效率高（大于90%）、N2选择性强得到广泛采用,但是主流的商用钒钛系催化剂存在运行成本较高、温度窗口窄、具有生物毒性等问题,因此急需开发成本低、来源广、催化能力强、无毒无污染的新型脱硝催化剂,其中,铁基脱硝催化剂受到广泛的重视。而以含铁固体废弃物赤泥为原料制备的脱硝催化剂,既可以发挥铁基催化剂的优势,又可以有效降低成本,同时实现废弃资源的充分利用。本文以山东铝业拜耳法赤泥为原料,首先利用盐酸酸洗对原始赤泥进行脱碱处理,探讨酸洗工艺对赤泥脱碱效果的影响并确定最佳参数;并通过酸消化及超声外场处理提高赤泥活性成分的分散度,探究酸消化和超声外场优化工艺对赤泥催化剂脱硝特性影响规律;最后采用原位掺杂法和浸渍法对赤泥催化剂进行助剂掺杂,探究掺杂量和掺杂方式对赤泥催化剂脱硝特性的影响规律。酸洗脱碱工艺在脱除赤泥中含钠、钙等碱性有害物质的同时保留铁、硅、钛...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１固定床脱硝实验系统??１－减压阀；２－质量流量计；３－气体预混器；４－烟气预热段；５－固定床石英反应器；６－温控??
山东大学硕士学位论文??３．１＿３原始赤泥的ＮＨｓ－ＳＣＲ脱硝特性??＾?２０?＇??｜，０＇?／＾＼??ＣＪ?ｉ?－？—ＲＭ??〇?０?－???Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?，???２００?２５０?３００?３５０?４００?４５０?５００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（°Ｃ?）??图３－２原始赤泥脱硝效率??将原始赤泥（ＲＭ）在固定床脱硝实验系统上进行ＮＨ３－ＳＣＲ脱硝活性测试，??脱硝效率随温度变化的曲线如图３－２所示。随着反应温度增加，原始赤泥催化剂??的活性逐渐提高，在３５０°Ｃ时取得的最高脱硝效率仅为１５．７％，且在测试温度区??段内其ＮＯ；ｔ脱除率均处于较低水平，分析认为这是由于Ｎａ、Ｃａ占据了催化剂的??酸性位，同时可能发生了碱性物质的烧结。温度高于３５０°Ｃ时，脱硝效率随温度??升高快速下降，可能是因为高温下发生了?ＮＨ３直接被０２氧化的副反应，原始赤??泥成分复杂，特别是含有一定的碱性物质，无法直接用作脱硝催化剂，故需对赤??泥进行改性优化，探究酸洗脱碱与赤泥物化性质及赤泥ＳＣＲ脱硝性能之间的宏??观、微观特性作用规律。??３．２酸洗制备参数对赤泥脱碱效果的影响规律??由３．１可知，原始赤泥脱硝活性较低，特别是其含有的碱性物质阻碍了其在??催化剂领域的应用发展。碱性物质极易在焙烧过程中烧结，且碱性成分与催化剂??活性成分的表面酸性位发生反应，影响ＮＨ３吸附，同时碱性成分影响催化剂活??性成分表面氧化性，进而影响吸附态ＮＨ３的氧化脱氢过程，故而有必要讨论碱??性物质存在对赤泥脱硝的影响，对赤泥中碱金属物质的去除、活性物质的保留进??２４??
．２．１酸洗温度对赤泥脱碱效果的影响??１００?＇?２－?＊?＊?零?華??＾?９０－??式?８〇．?＾?＇Ｕ￣Ｍ??ＮＬ?７０?．?■广?一?ｉ?▲?－?Ｔｉ??糊＂?＿＿—Ｃａ?條丨－?ｉ??淫?５。＿?ｆｅ??４０?－??〇?－?啓?？?〇?雄??３〇?Ｉ?？?１?１???＞?．?Ｉ?．?Ｉ?．?｜???＇?２０?４０?６０?８０?２０?４０?６０?８０??／ＵＳ?（°ｃ）?（°ｃ）??图３－３酸洗温度对赤泥中主要元素脱除率和流失率的影响??研究发现温度会影响盐酸与赤泥反应过程１６１］，为了探究酸洗温度对赤泥中??主要碱性成分钙、钠脱除率的影响、对赤泥中有效成分铝、铁、钛、硅流失率的??影响，采用恒温水浴加热的方式对酸洗温度进行模拟，按液固比为４：?１，把２Ｘｍｏｌ??的盐酸加入到装有赤泥的烧杯中，分别在２０、４０、６０、８０°Ｃ的酸洗温度下，磁??力搅拌反应６０ｍｉｎ，结果如图３－３所示。由图３－３可知，随着酸洗温度的改变，??钙、钠元素脱除率在８０％左右波动，并呈现先增长后下降的趋势，这是由于升高??温度可以促进赤泥中矿物质的离子化，但是温度过高会促进赤泥中硅胶的形成，??吸附离子使其不能透过滤纸，同时过高的温度使盐酸的挥发性增强；铝和硅元素??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]赤泥在催化工业领域中的应用[J]. 胡忠攀,张凌峰,袁忠勇. 石油学报(石油加工). 2019(01)
[2]盐酸分级浸出赤泥中有价金属元素[J]. 滕春英,周康根,宁凌峰,彭长宏,何德文. 环境工程学报. 2018(01)
[3]铁铈复合选择性催化还原脱硝催化剂的碱金属(钾)中毒机理[J]. 王丽霞,仲兆平,朱林,杨瀚. 化工进展. 2017(11)
[4]氧化铝工业赤泥环境影响研究进展[J]. 薛生国,李玉冰,郭颖. 中国科学院大学学报. 2017(04)
[5]赤泥碱性调控研究进展[J]. 薛生国,李晓飞,孔祥峰,吴川,李义伟,李萌,李楚璇. 环境科学学报. 2017(08)
[6]氧化铝赤泥堆场团聚体的分形特征[J]. 朱锋,韩福松,薛生国,郭颖,李萌,廖嘉欣. 中国有色金属学报. 2016(06)
[7]赤泥草酸脱碱实验研究[J]. 李望,朱晓波. 硅酸盐通报. 2016(04)
[8]赤泥中钠铁酸法浸出的工艺条件和机理探讨[J]. 陈红亮,汪婷,柯杨,王胜碧. 无机盐工业. 2016(01)
[9]燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J]. 庄一新. 科技与创新. 2016(01)
[10]超声波-微波辅助尿素基沉淀法制备超分散TiO2颗粒[J]. 郝春静,湛含辉. 化工新型材料. 2015(03)
博士论文
[1]高铁赤泥中钪钠选择性分离提取工艺基础研究[D]. 刘召波.北京科技大学 2017
[2]铁基SCR脱硝催化剂改性研究[D]. 熊志波.山东大学 2013
硕士论文
[1]赤泥基SCR催化剂脱硝性能的优化研究[D]. 丁凯.山东大学 2019
[2]复合铁基催化剂抗毒及再生性能研究[D]. 张亢.山东大学 2018
[3]赤泥催化煤焦-H2O气化反应性的研究[D]. 燕希敏.青岛科技大学 2018
[4]赤泥基SCR催化剂的制备及其脱硝性能研究[D]. 陈千惠.北京化工大学 2017
[5]改性赤泥催化剂制备及其脱硝性能优化[D]. 吴惊坤.山东大学 2017
[6]赤泥负载金属氧化物催化剂的制备及其脱硝性能研究[D]. 汤琦.济南大学 2015
[7]铁基中低温SCR脱硝催化剂性能研究[D]. 吕晓纬.重庆大学 2015
[8]赤泥改性及其负载镍催化剂的氨分解制氢性能研究[D]. 燕昭利.河南理工大学 2014
[9]碱金属对催化剂脱硝活性的影响及其本征动力学研究[D]. 韩斌.北京化工大学 2013
[10]赤泥负载锰铈脱硝催化剂的制备及性能研究[D]. 赵红艳.济南大学 2013
本文编号：3248753
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１固定床脱硝实验系统??１－减压阀；２－质量流量计；３－气体预混器；４－烟气预热段；５－固定床石英反应器；６－温控??
山东大学硕士学位论文??３．１＿３原始赤泥的ＮＨｓ－ＳＣＲ脱硝特性??＾?２０?＇??｜，０＇?／＾＼??ＣＪ?ｉ?－？—ＲＭ??〇?０?－???Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?，???２００?２５０?３００?３５０?４００?４５０?５００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（°Ｃ?）??图３－２原始赤泥脱硝效率??将原始赤泥（ＲＭ）在固定床脱硝实验系统上进行ＮＨ３－ＳＣＲ脱硝活性测试，??脱硝效率随温度变化的曲线如图３－２所示。随着反应温度增加，原始赤泥催化剂??的活性逐渐提高，在３５０°Ｃ时取得的最高脱硝效率仅为１５．７％，且在测试温度区??段内其ＮＯ；ｔ脱除率均处于较低水平，分析认为这是由于Ｎａ、Ｃａ占据了催化剂的??酸性位，同时可能发生了碱性物质的烧结。温度高于３５０°Ｃ时，脱硝效率随温度??升高快速下降，可能是因为高温下发生了?ＮＨ３直接被０２氧化的副反应，原始赤??泥成分复杂，特别是含有一定的碱性物质，无法直接用作脱硝催化剂，故需对赤??泥进行改性优化，探究酸洗脱碱与赤泥物化性质及赤泥ＳＣＲ脱硝性能之间的宏??观、微观特性作用规律。??３．２酸洗制备参数对赤泥脱碱效果的影响规律??由３．１可知，原始赤泥脱硝活性较低，特别是其含有的碱性物质阻碍了其在??催化剂领域的应用发展。碱性物质极易在焙烧过程中烧结，且碱性成分与催化剂??活性成分的表面酸性位发生反应，影响ＮＨ３吸附，同时碱性成分影响催化剂活??性成分表面氧化性，进而影响吸附态ＮＨ３的氧化脱氢过程，故而有必要讨论碱??性物质存在对赤泥脱硝的影响，对赤泥中碱金属物质的去除、活性物质的保留进??２４??
．２．１酸洗温度对赤泥脱碱效果的影响??１００?＇?２－?＊?＊?零?華??＾?９０－??式?８〇．?＾?＇Ｕ￣Ｍ??ＮＬ?７０?．?■广?一?ｉ?▲?－?Ｔｉ??糊＂?＿＿—Ｃａ?條丨－?ｉ??淫?５。＿?ｆｅ??４０?－??〇?－?啓?？?〇?雄??３〇?Ｉ?？?１?１???＞?．?Ｉ?．?Ｉ?．?｜???＇?２０?４０?６０?８０?２０?４０?６０?８０??／ＵＳ?（°ｃ）?（°ｃ）??图３－３酸洗温度对赤泥中主要元素脱除率和流失率的影响??研究发现温度会影响盐酸与赤泥反应过程１６１］，为了探究酸洗温度对赤泥中??主要碱性成分钙、钠脱除率的影响、对赤泥中有效成分铝、铁、钛、硅流失率的??影响，采用恒温水浴加热的方式对酸洗温度进行模拟，按液固比为４：?１，把２Ｘｍｏｌ??的盐酸加入到装有赤泥的烧杯中，分别在２０、４０、６０、８０°Ｃ的酸洗温度下，磁??力搅拌反应６０ｍｉｎ，结果如图３－３所示。由图３－３可知，随着酸洗温度的改变，??钙、钠元素脱除率在８０％左右波动，并呈现先增长后下降的趋势，这是由于升高??温度可以促进赤泥中矿物质的离子化，但是温度过高会促进赤泥中硅胶的形成，??吸附离子使其不能透过滤纸，同时过高的温度使盐酸的挥发性增强；铝和硅元素??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]赤泥在催化工业领域中的应用[J]. 胡忠攀,张凌峰,袁忠勇. 石油学报(石油加工). 2019(01)
[2]盐酸分级浸出赤泥中有价金属元素[J]. 滕春英,周康根,宁凌峰,彭长宏,何德文. 环境工程学报. 2018(01)
[3]铁铈复合选择性催化还原脱硝催化剂的碱金属(钾)中毒机理[J]. 王丽霞,仲兆平,朱林,杨瀚. 化工进展. 2017(11)
[4]氧化铝工业赤泥环境影响研究进展[J]. 薛生国,李玉冰,郭颖. 中国科学院大学学报. 2017(04)
[5]赤泥碱性调控研究进展[J]. 薛生国,李晓飞,孔祥峰,吴川,李义伟,李萌,李楚璇. 环境科学学报. 2017(08)
[6]氧化铝赤泥堆场团聚体的分形特征[J]. 朱锋,韩福松,薛生国,郭颖,李萌,廖嘉欣. 中国有色金属学报. 2016(06)
[7]赤泥草酸脱碱实验研究[J]. 李望,朱晓波. 硅酸盐通报. 2016(04)
[8]赤泥中钠铁酸法浸出的工艺条件和机理探讨[J]. 陈红亮,汪婷,柯杨,王胜碧. 无机盐工业. 2016(01)
[9]燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J]. 庄一新. 科技与创新. 2016(01)
[10]超声波-微波辅助尿素基沉淀法制备超分散TiO2颗粒[J]. 郝春静,湛含辉. 化工新型材料. 2015(03)
博士论文
[1]高铁赤泥中钪钠选择性分离提取工艺基础研究[D]. 刘召波.北京科技大学 2017
[2]铁基SCR脱硝催化剂改性研究[D]. 熊志波.山东大学 2013
硕士论文
[1]赤泥基SCR催化剂脱硝性能的优化研究[D]. 丁凯.山东大学 2019
[2]复合铁基催化剂抗毒及再生性能研究[D]. 张亢.山东大学 2018
[3]赤泥催化煤焦-H2O气化反应性的研究[D]. 燕希敏.青岛科技大学 2018
[4]赤泥基SCR催化剂的制备及其脱硝性能研究[D]. 陈千惠.北京化工大学 2017
[5]改性赤泥催化剂制备及其脱硝性能优化[D]. 吴惊坤.山东大学 2017
[6]赤泥负载金属氧化物催化剂的制备及其脱硝性能研究[D]. 汤琦.济南大学 2015
[7]铁基中低温SCR脱硝催化剂性能研究[D]. 吕晓纬.重庆大学 2015
[8]赤泥改性及其负载镍催化剂的氨分解制氢性能研究[D]. 燕昭利.河南理工大学 2014
[9]碱金属对催化剂脱硝活性的影响及其本征动力学研究[D]. 韩斌.北京化工大学 2013
[10]赤泥负载锰铈脱硝催化剂的制备及性能研究[D]. 赵红艳.济南大学 2013
本文编号：3248753
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