收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

NiAl类水滑石衍生复合氧化物的制备及催化氧化SO_2的研究

赵玲  
【摘要】:大气中的SO2所引起的酸雨问题是现今世界普遍关注的环境保护课题之一,燃煤电站是S02排放的主要来源。研究和实际运行经验表明:烟气脱硫技术被认为是控制SO2排放的最行之有效的方式。其中,干法烟气脱硫技术中利用金属氧化物脱硫由于不需要高能电子发生装置,又无固体废弃物处理的问题,同时金属氧化物还集成了活性炭的可吸附再生的能力和自身的催化性能,被认为是目前最具有应用前景的绿色脱硫技术,符合可持续发展的需要。从国内外的研究现状来看,该技术发展存在的主要问题是选择合适的材料、金属氧化物活性组分的作用以及材料的表面物理化学特性对其吸附氧化S02性能的关系等方面不明确。针对以上问题,本文选取NiAl类水滑石衍生复合氧化物作为催化剂,优化了催化剂的组成、焙烧温度等参数,并用Cu和Ce元素对催化剂进行了掺杂,对其催化氧化SO2的性能和机理进行了较为系统的研究。主要研究内容与结果如下: (1)采用尿素法在较大Ni/Al比范围内(0.5-5)合成晶相单一具有花状形貌的NiAl类水滑石前体。前体受热分解呈两阶段失重,773K焙烧后,其层状结构完全被破坏,生成复合金属氧化物,表面积介于135~150 m2.g-1,孔容介于0.33-0.40 cm3 g-1,80%以上的孔都属于中孔,并且存在少量微孔。所制备的催化剂都具有一定的吸附SO2的能力。考察了不同Ni/Al比例对催化剂反应活性的影响,筛选出最佳的Ni/Al比例为3。XPS和CO2-TPD结果表明催化剂表面存在大量的表面氧、吸附态氧和晶格氧。 (2)采用传统共沉淀法和尿素法分别合成了NiAl类水滑石衍生复合氧化物,进行催化氧化SO2的活性研究。尿素法制备的催化剂对SO2的最大吸附量远高于共沉淀法制备的催化剂。尿素法制备的催化剂具有明显完整的花状结构,花状结构由大量不规则的片层结构组合而成,片层厚度约为10-30 nm,具有更大的比表面积和孔容以及更窄的孔径结构,同时催化剂表面具有更多的活性氧物种(表面氧、吸附态氧和晶格氧)。这些特点促使该催化剂吸附、氧化S02的能力更强。采用尿素法有利于催化剂上产生更多的Lewis酸性活性位和碱性活性位,有利于SO2的吸附氧化及存储。In situ FTIR实验证明催化剂表面的主要生成产物是亚硫酸氢盐、亚硫酸盐和双齿双核硫酸盐。 (3)选择具有较强氧化还原能力的Cu作为活性组分,尿素法制备了较低Cu掺杂量的CuNiAl类水滑石衍生复合氧化物催化剂。相比于NiAlO催化剂,具有固溶体特性的CuNiAl类水滑石衍生复合氧化物晶粒显著减小,比表面积和孔体积增大,具有更多的表面氧空位。各种表征结果显示铜主要是以Cu2+的形式存在。Cu引入催化剂使其形成固溶体,改善了催化剂的结构,增强了氧化还原能力,进而显著提高催化剂吸附、氧化SO2的活性,增加了化学吸附量。Cu引入NiAlO催化剂后,丰富了所生成物种的种类,主要生成产物有亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、双核双齿硫酸盐和单核双齿硫酸盐。 (4)选择既有较强氧化还原能力又有存储释放氧特性的元素Ce作为活性组分,尿素法制备了不同Ce掺杂量的CeNiAl类水滑石衍生复合氧化物催化剂,其晶相以NiO为主,大部分Ce与催化剂相互作用形成固溶体,一小部分形成CeO2保持游离状态。相比于NiAlO催化剂,具有固溶体特性的CeNiAl类水滑石衍生复合氧化物晶粒显著减小比表面积和孔体积增大,形成了更多的表面氧空位。Ce元素的掺杂,提高了催化剂晶格氧的含量,增强了催化剂的储存释放氧的能力和氧化还原能力,促进催化剂表面Lewis酸性和碱性强度的增加,导致Brφnsted酸性中心的形成,进而提高催化剂吸附、氧化SO2的能力。并且对脱硫反应后的催化剂进行了再生处理,发现通过H2还原再生处理可使催化剂的活性明显回升。 (5)最后采用先进的DFT理论的计算方法来研究NiAl类水滑石衍生复合氧化物表面形成的硫酸盐的几何构型,对其进行振动频率的计算,并与前面的原位红外光谱结果作对比,确定催化剂表面所生成的主要产物硫酸盐为双核双齿硫酸盐构型。为研究NiAl类水滑石衍生复合氧化物催化氧化S02的反应机理提供了理论依据。 本论文的研究对于发展具有自主知识产权,倡导“绿色化学”和“清洁生产”理念的脱硫技术具有重要的意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 罗忠鉴;杨盛书;桂正良;;化学演示实验的研究和改革(Ⅴ)用骨炭载体进行氨的催化氧化实验[J];四川师范大学学报(自然科学版);1981年02期
2 刘建英;对乙醇催化氧化实验的设计和评价[J];长治学院学报;2005年02期
3 姜子奇,奚祖威;Cu(Ⅱ)络合物催化氧化环己醇的研究[J];催化学报;1991年04期
4 胡大锵;;催化氧化——碱渣回流深度处理高浓度染料废水[J];上海环境科学;1992年07期
5 高文会;SO_2的催化氧化和SO_3的吸收实验[J];化学教育;1994年09期
6 刘常坤,张曼征;Cr-Co-O/D3520催化剂的性能及结构表征[J];离子交换与吸附;1995年02期
7 谭小耀,李秀贞,吴迪镛,袁权;改性活性炭低温催化氧化脱除H_2S的研究[J];石油化工;1995年10期
8 杨润昌,周书天;高浓度难降解有机废水低压湿式催化氧化处理[J];环境科学;1997年05期
9 孔青春,沈济;大气中铁、锰液相催化氧化二氧化硫动力学[J];环境科学学报;1997年03期
10 钟理,张浩;催化氧化法降解废水过程[J];现代化工;1999年05期
11 康静文,王效承;Ni_2O_3-CuO对LAS氧化降解的催化作用[J];太原理工大学学报;1999年04期
12 李真,刘瑾;催化氧化石油沥青氧化机理探讨[J];安徽建筑工业学院学报;2000年04期
13 徐锡彪,褚宏伟,孙建中;高浓度有机化工废水处理新技术——催化氧化[J];江苏环境科技;2001年01期
14 张家忠,郝吉明;几种金属离子液相催化氧化低浓度H_2S实验研究[J];环境污染治理技术与设备;2003年04期
15 金小元,陈金龙,李爱民,蔡建国,朱兆连;二氧化氯催化氧化处理含酚废水的研究[J];离子交换与吸附;2003年01期
16 税蕾蕾,唐晓东,刘亮,王豪;柴油空气催化氧化脱硫的探索研究[J];工业催化;2003年09期
17 王艳丹,陈春茂,戴文君;正交设计法研究催化氧化环己醇合成己二酸的影响因素[J];商丘师范学院学报;2004年05期
18 王豪,唐晓东,吴雁,申建华,夏荣安;直馏柴油液-液催化氧化脱硫研究[J];西南石油学院学报;2004年06期
19 王清华,焦晓峰,张子敬;碱式硫酸铝湿法烟气脱硫试验研究Ⅱ[J];内蒙古科技与经济;2005年20期
20 赵剑锋;邓志文;;电氧化及其在高浓度有机化工废水处理中的应用[J];有色冶金设计与研究;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尹国川;徐爱化;熊辉;;锰配合物在催化氧化有机污染物降解中的应用[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
2 张娣;牛红云;张升晓;蔡亚岐;孟昭福;;腐植酸包覆的磁性纳米Fe_3O_4颗粒催化降解水环境中的磺胺噻唑[A];中国化学会第27届学术年会第02分会场摘要集[C];2010年
3 褚秀娟;张华;;纳米二氧化锰对甲醛去除效率的影响[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
4 谢兰英;刘淇;吴名剑;刘斌;;纳米材料降低卷烟烟气CO研究[A];第四届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2007年
5 杨全录;吴尚;李保岗;张赟杰;赵玉龙;雷自强;;以蒙脱土为催化剂对醇的催化氧化研究[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年
6 范红玉;李小松;刘景林;朱爱民;;等离子体催化氧化吸附态苯和甲苯的研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
7 王海波;王露;雷爱文;;Fe催化氧化C-H键活化/C-S成键[A];第十六届全国金属有机化学学术讨论会论文集[C];2010年
8 徐杰;盛学斌;杜中田;;NO~+催化氧化芳基甲醇的研究[A];中国化学会第26届学术年会绿色化学分会场论文集[C];2008年
9 胡霄雪;李臻;唐中华;夏春谷;;Mn(Salen)配合物催化氧化仲醇体系电喷雾质谱研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
10 胡守天;赵惠忠;李平和;李成香;汪厚植;;Ce-O-Co/ZrO_2纳米催化剂的结构及催化氧化CH_4性能的研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 常杰;空气间接催化氧化含硫化合物反应的研究[D];大连理工大学;2010年
2 胡宗敏;以二价金属钌的多吡啶络合物为催化剂催化氧化有机化合物的研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 兰天;海水法燃煤烟气脱硫中S(IV)的氧化规律与吸收—催化氧化一体化技术研究[D];浙江大学;2013年
4 周曙光;双甘膦催化氧化制草甘膦过程研究[D];华东理工大学;2010年
5 唐念;Mn/TiO_2催化氧化NO联合CaSO_3浆液吸收的烟气脱硝新工艺研究[D];浙江大学;2011年
6 刘文革;煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
7 杨明;PEG-NOx体系催化氧化废电路板提铜、锡及其机理研究[D];东华大学;2013年
8 宋磊;负载型凹凸棒石催化剂催化氧化挥发性有机污染物[D];合肥工业大学;2013年
9 张玉;铁屑法烟气脱硫工艺及Fe(Ⅱ)催化氧化S(Ⅳ)动力学研究[D];大连理工大学;2003年
10 郭永福;膜催化氧化反应体系的构建及其对烟气中零价汞的转化[D];上海交通大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张朝晖;金属离子液相催化氧化烟气脱硫的研究[D];华北电力大学;2002年
2 胡学伟;超声—催化氧化—生物组合技术处理垃圾渗滤液的研究[D];昆明理工大学;2004年
3 肖俊饮;金属卟啉催化氧化环已烷连续性试验研究[D];湖南大学;2004年
4 刘成军;软锰矿浆催化氧化烟气SO_2产酸过程研究[D];四川大学;2004年
5 孔祥吉;微波与催化氧化组合技术在水处理中的应用[D];黑龙江大学;2004年
6 李钦武;催化氧化法回收低浓度SO_2烟气中硫资源的研究[D];湘潭大学;2004年
7 童小双;生物催化氧化烟气二氧化硫的研究[D];四川大学;2005年
8 麻国荣;直馏柴油催化氧化脱硫工艺研究[D];天津大学;2005年
9 徐彩霞;选择性催化氧化对甲酚制备对羟基苯甲醛的研究[D];兰州大学;2006年
10 沈庆峰;低压催化氧化处理铅阳极泥工艺研究[D];昆明理工大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨扬 姜小毛;我国掌握羰基硫脱硫核心技术[N];中国化工报;2004年
2 记者 郑劲松;湿式催化氧化技术有效去除氰化物[N];中国环境报;2004年
3 金世国;催化氧化技术净化有机废水[N];中国化工报;2011年
4 谢云彩;冶金科研啃下一块硬骨头[N];中国矿业报;2002年
5 本报记者 赵关良;巧治染料中间体废水[N];中国环境报;2001年
6 王晓峰;橡胶尾气处理技术成套成熟[N];中国石化报;2009年
7 本报记者 倪超英 通讯员 陈晓辉 严兴福;掐住污水源 换得清泉流[N];建筑时报;2007年
8 本报记者 赵军;在享受玩的过程中攻克世界难题[N];湖南经济报;2008年
9 仲文;包信和当选英国皇家化学会会士[N];中国化工报;2009年
10 蔡忠仁;新技术净化垃圾焖烧尾气[N];中国化工报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978