活性焦改性及其脱硫脱硝的性能与机理研究

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燃煤烟气中的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)是大气中的主要污染物,并对生态环境和人体健康带来不利的影响,因此燃煤烟气的排放控制一直是我国的环境污染治理重点。活性焦具有优良的吸附和催化性能,能够同时脱除烟气中的SO2、 NOx、重金属和颗粒物等多种污染物,特别适合缺水地区燃煤烟气污染治理。但是,未经改性的活性焦,存在脱硫脱硝性能较低和穿透时间短的问题,不能有效满足工业化应用的需求。  本文针对活性焦在脱硫和脱硝性能方面存在的问题,通过氧化法和负载金属氧化物法对其进行改性,并利用表征分析手段探讨活性焦脱硫脱硝的机理,主要研究工作及结论如下:  (1)采用了硝酸、硫酸和过硫酸铵对活性焦进行氧化改性,对改性条件进行了优化。实验表明:采用过硫酸铵溶液改性可以将硫容提高到原焦的1.5倍,改性后活性焦样品的微孔比表面积和微孔孔容增加,表面的含氧含氮官能团增多,灰分及一些有机官能团减少。采用1.0 mol/L的过硫酸铵溶液在室温下浸渍活性焦24 h(工业应用6h),并在400℃下焙烧2h制备出的活性焦性能最好。  (2)采用三种不同的Mn的前驱体溶液对活性焦进行负载改性,研究了负载量、焙烧气氛、焙烧温度和时间对负载效果的影响。结果表明:采用乙酸锰溶液浸渍的活性焦脱硝性能提高最为明显,单独脱硝效率可达90%以上。不同前驱体溶液改性会使活性焦表面官能团和Mn在孔径中的分散情况不同。负载量影响了Mn在活性焦表面的分散程度,而焙烧气氛决定了Mn的存在价态和改性后活性焦表面的氧化性。  (3)初步探究了活性焦脱硫脱硝的机理:活性焦的硫容与其总孔/微孔比表面积、微孔含量密切相关,而脱硝性能则主要受反应气体吸附限制。SO2在活性焦表面存在物理和化学两种吸附位,且物理吸附位热稳定性较差。活性焦表面的SCR(选择性催化还原)反应主要遵循E-R机理,但是负载到其表面的MnOx可以作为活性位,有效促进SCR反应。
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