微波辅助催化燃烧甲苯的温-效关系及降解特性研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffyi2009
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挥发性有机物(VOCs)作为大气的主要污染物之一,不仅对人类健康有着严重的危害,而且是PM2.5和O3的前驱物可加剧雾霾现象,另外光照下会生成光化学烟雾而造成二次污染。目前,常见的VOCs治理技术有直接燃烧法、蓄热式燃烧技术(RTO)、吸附吸收法等,这些技术均存在成本高、使用范围有限等问题。催化燃烧技术因其降解效果好、起燃温度低、适用范围广等特点而成为近年来的研究热点。然而,传统的电加热方式,会出现升降温慢、加热不均匀以及催化剂易烧结等缺点,而以微波加热代替电加热则可有效避免这些问题,且能更经济有效的去除VOCs。本研究选取较为常见且难降解的甲苯作为目标污染物,采用等体积浸渍法制备Cu-Mn-Ce/堇青石蜂窝催化剂,微波催化燃烧装置中考察其对甲苯废气的催化活性与稳定性,并对固定床温度进行测试分析。通过SEM、XRD、BET等表征手段对整体式催化剂的微观形貌、比表面积、晶粒大小及晶相结构等进行分析。研究基础上得出如下研究成果:(1)不同进气条件下甲苯的最佳反应温度均集中在200300℃之间。床层停留时间是影响甲苯去除效果的重要因素,不同进气条件下甲苯床层的停留时间在47 s以上时,甲苯的降解率可达到80%以上。微波功率2 kW,催化剂用量40 L(重约23.7 kg)、进气量为40 m3/h、甲苯进气浓度为3000 mg/m3时,微波辅助催化燃烧甲苯的去除率可高达70%。(2)催化燃烧反应趋于稳定时,催化剂床层的温度从进气端向出气端方向呈递增升高的趋势,由进气端的240℃升至出气端的380℃左右;而与气流方向垂直的截面上温度分布则是中间稍高而两侧偏低,温差在50℃以内。(3)Cu-Mn-Ce单金属氧化物及其复合金属氧化物尖晶石是催化剂中主要的活性组分,甲苯分子在活性组分表面发生准一级反应而被催化氧化。高温对催化剂结构的影响有限,八次重复性试验证实催化剂仍具有高活性和良好的结构稳定性。(4)企业现场的中试试验研究证明微波辅助催化燃烧技术可以应用于工业有机废气治理,但仍存在一些技术问题有待进一步改进。论文研究工作为微波催化燃烧技术治理VOCs废气奠定了技术理论基础,为进一步的实际工程应用进行了有益的探索与实践。
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