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易再生高比表面脱硫脱硝剂的设计及其机理性研究

罗永刚  
【摘要】: 为避免现有的以钙基为主要脱硫脱硝剂的脱硫工艺可能造成的二次污染,本文提出了新型纳米二氧化钛作为吸附剂的烟气脱硫脱硝技术。论文开创了利用具有超大比表面积和高孔隙率的纳米二氧化钛作为物理吸附剂用于烟气脱硫脱硝领域的研究,主要从四个方面研究了纳米级二氧化钛颗粒吸附剂的设计和制备、脱硫脱硝性能试验、吸附剂的再生及其脱硫脱硝的机理和模型。 (1)采用了四种不同的制备方法得到了性能各异的不同孔结构的颗粒吸附剂,着重研究了采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在不同工艺条件及不同烧结温度下制备的多孔TiO_2颗粒的结构特征及其低温吸附性能,并对其表面及内孔结构进行了表征。 (2)在固定床中对多种样品进行了模拟烟气动态脱硫脱硝吸附试验,考察了各种因素对样品脱硫脱硝性能的影响。 (3)分别用稀硫酸清洗法及加热再生法对吸附后的脱硫脱硝剂进行再生试验研究。 (4)采用FTIR红外光谱法研究TiO_2颗粒吸附剂的脱硫脱硝的机理,建立了用密度函数理论孔径计算模型和固定床吸附模型,并与实验数据作比较。 通过上述研究,论文取得了以下主要成果和结论: (1)设计制备了可以同时脱除SO_2和NO_X的新型二氧化钛颗粒吸附剂。结合材料学科与环境学科的交叉研究,研究发明了采用新型二氧化钛吸附剂进行烟气的脱硫脱硝,并取得了国家发明专利权。试验证明,每克二氧化钛颗粒能脱除80mg左右的SO_2和20mg左右的NO_X。 (2)采用溶胶-凝胶法制备得到大于200m2/g比表面积的颗粒吸附剂。 (3)该吸附剂具有非常好的再生性能,再生后的吸附剂仍可保持原有的吸附SO_2和NO_X的能力。用加热再生法对吸附后的吸附剂进行再生试验及再次脱硫脱硝试验,经过10次吸附/脱附试验后发现,其脱附率可以保持在98%以上,总的吸附能力只下降了2%左右。 (4)脱硫脱硝的机理主要是物理吸附。 (5)采用密度函数理论建立了二氧化钛颗粒孔径计算模型,同时还建立了固定床吸附模型,可成功地求解穿透曲线,计算结果与实验结果较为吻合。 因此TiO_2作为一种物理吸附剂用于烟气脱硫脱硝具有很大的潜力,今后,可通过在进一步提高制备工艺水平获得更高比表面积,同时还可以利用二氧化钛优良的光催化性能,提高其光催化化学吸附的份额,降低成本,促进该颗粒吸附剂早日投入工业应用。


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