改性鐵系氧化物脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)及其脫硫機(jī)理研究.pdf

1、硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）因可以造成酸雨和導(dǎo)致“煙霧”的發(fā)生而成為最主要的大氣污染治理對象。催化還原干法脫硫脫硝技術(shù)因能利用存在于煙道氣中、且來源方便的一氧化碳（CO）作還原劑，將二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）還原為單質(zhì)硫（S）和氮?dú)猓∟2），價格低廉且無二次污染而倍受關(guān)注。但低溫高活性催化劑的研制及煙氣中氧（O2）和水（H2O）引起催化劑中毒等問題，限制了該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。
　　鐵系元素因其自身多能發(fā)生自氧化

2、還原反應(yīng)，且來源廣泛而在催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。為此本論文開展了水對鐵系氧化物催化還原硫氧化物和氮氧化物的活性影響和機(jī)理研究，得出以下主要結(jié)論：
　　（1）選取鐵系元素作為催化劑主要組成。采用BET、XRD、XPS對催化劑進(jìn)行表征，結(jié)合活性評價實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明：過渡金屬Zn、Ni、Cu、Mn等取代尖晶石型鐵系金屬氧化物催化劑中金屬陽離子Fe2+或Co2+均可提高催化劑脫硫脫硝催化活性，其中Zn取代表現(xiàn)出最高的催化活性，負(fù)載型10％

3、ZnFe2O4/Al2O3-3活化后SO2轉(zhuǎn)化率高達(dá)93.2％，當(dāng)溫度降低至271℃時SO2轉(zhuǎn)化率仍高達(dá)85％，無負(fù)載型Zn0.5Co2.5O4催化分解氧化亞氮T50和T90分解溫度與Co3O4相比分別下降90℃和87℃；適量稀土金屬Ce的添加增強(qiáng)了催化劑中氧傳遞能力從而進(jìn)一步提高了催化脫硫脫硝活性；本文也考察了載體粒徑對催化劑脫硫脫硝活性的影響，結(jié)果顯示比表面積和孔容相近的不同粒徑球形Al2O3負(fù)載后，3mm大粒徑載體為反應(yīng)氣體和活性

4、組分提供了更長居留時間，進(jìn)一步提高了SO2轉(zhuǎn)化率。
　?。?）將不同磁性天然鐵礦石和合成的與其主要成分對應(yīng)的Fe3O4和Fe2O3催化劑進(jìn)行脫硫活性對比得出天然及合成不同磁性催化劑脫硫活性順序依次為：弱磁性鐵礦石>Fe2O3>Fe3O4>強(qiáng)磁性鐵礦石。其中，弱磁性鐵礦石作用下SO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)84.3％。因此，可以利用自然界中存在的該類鐵礦石作催化劑進(jìn)行煙氣中SO2催化還原凈化，減少投資成本，達(dá)到“以廢治廢”的目的。自制0.02T電

5、磁場作用于磁性Fe3O4催化劑雖然提高了催化劑的催化還原脫硫能力，但磁場強(qiáng)度相對較小對催化劑促進(jìn)作用有限。
　?。?）鐵系催化劑含水條件下脫硫?qū)嶒?yàn)過程中明顯觀察到石英管壁硫單質(zhì)的大量生成，且水解后催化劑單獨(dú)脫硫或脫硝（NO和N2O）實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)脫硫脫硝效果較未水解明顯提高。對催化劑水解前后及活化后進(jìn)行FTIR、XRD及SEM表征分析，結(jié)果表明：水解后催化劑中的水主要以-OH及結(jié)晶水形式存在，分析水解后催化劑活性提高的原因可能是：催化

6、劑水解后Fe-O鍵變?nèi)酰凰獾?OH鍵和少量結(jié)晶水參與了反應(yīng)；負(fù)載型催化劑水解后催化劑表面物質(zhì)形貌發(fā)生改變，增加了氣體在催化劑表面的居留時間，提高了其脫硫脫硝反應(yīng)效率。水解后3mm粒徑球形Al2O3負(fù)載6％CeO2-10％Fe2O3/Al2O3-3和6％CeO2-10％ZnFe2O4/Al2O3-3在250℃時催化還原NO轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90％，283℃時6％CeO2-10％Fe2O3/Al2O3-3催化還原N2O轉(zhuǎn)化率也可達(dá)到90％。將催

7、化劑6％CeO2-10％Fe2O3/Al2O3和尖晶石型6％CeO2-10％ZnFe2O4/Al2O3分別用于催化還原同時脫硫脫硝發(fā)現(xiàn)：活化后兩種催化劑在300℃時，脫硫脫硝轉(zhuǎn)化率均超過93％。
　　（4）選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的單組份Fe2O3鐵系氧化物催化劑負(fù)載于3mm粒徑球形活性氧化鋁上，含少量水情況下進(jìn)行催化還原脫硫機(jī)理分析。結(jié)果表明：含水條件下，反應(yīng)不僅遵循COS中間產(chǎn)物反應(yīng)機(jī)理，也遵循Redox催化還原反應(yīng)機(jī)理，同時還遵循