近年来，我国霾污染日益严重，氮氧化物(NOx)的排放是其形成的原因之一。工业炉窑、烧结机、催化裂化装置等排烟温度偏低，无适合安装选择性催化还原(SCR)脱硝装置的温度区(320-400℃)。要实现低成本烟气脱硝，最简便的方法是将烟气中NO氧化为可溶性的NO2，再用碱液湿法脱除。为此，本文针对40-180℃的低温燃煤烟气提出了催化分解H2O2、催化O3氧化和O3-乙醇结合氧化脱硝技术，并提出了相应的催化剂。该氧化脱硝方法不仅能够应用于低温尾气中NOx的达标排放，也能够用于火电厂锅炉采用常规工艺脱硫脱硝后烟气的超洁净排放，表现出巨大的工业应用潜力。
首先，开发了催化分解H2O2脱硝方法及装置，研制了α-Fe2O3催化剂，催化分解H2O2为·OH等活性物质，氧化烟气中的NOx达到脱硝的目的。考察了烟气温度、预热温度、H2O2流量以及总气流量/旁路气流量对脱硝效率的影响。结果表明，当烟气温度为160℃，H2O2流量为0.4mL·min-1，预热温度为130℃，总气流量/旁路气流量为6，NOx浓度为550×10-6时，脱硝效率达78％。当SO2存在时，脱硫效率达99％以上且不受各因素影响。
在上述脱硝技术的基础上开发了铁铝复合氧化物催化剂(NIAO(x/y))，研究了催化剂的形成机理，考察了其脱硝特性。结果表明，当Fe/Al比值为7/3时(NIAO(7/3))，NOx的脱除率最高，可达81.2％。适量的铝NIAO(7/3)不仅改善了催化剂的比表面积和介孔分布，而且轻微升高了零点电荷数、增加了FeOH含量和Fe(Ⅲ)氧化性能，促进了·OH等活性物质的产生，提高了脱硝效率。但是，过量的铝(NIAO(3/7))导致了表面铝富集的球型颗粒生成，促进了Fe-O-Al形成，降低了活性位点FeOH的数量，减少了·OH等活性物质的产生，从而降低了脱硝效率。
其次，开发了催化O3氧化脱硝技术，研制了铈钛复合氧化物(CeTi)催化剂，催化分解O3和H2O为·OH等活性物质，氧化脱除NOx达到脱硝的目的。当O3浓度8.5mg·L-1，烟气温度40℃，H2O流量2.4mL·min-1，总气体流量为400mL·min-1时，脱硝效率达95％。当SO2存在时，相同条件下使用吸收塔后SO2脱处率达99％以上。与常规烟气处理方法相比，本方法具有无二次污染，废物产生量小及运行成本低等优点。
针对催化O3氧化脱硝技术中的CeTi催化剂深入开展了机理研究。采用共沉淀法和浸渍法分别制备非晶态CeTi催化剂(Am-CeTi)和晶态CeTi催化剂(Ct-CeTi)，并将其作为催化O3氧化催化剂脱除NOx。实验结果表明，Am-CeTi催化剂较Ct-CeTi具有更低的表面缺陷和表面-OH密度，然而却具有更高的Ce-O-Ti键含量和催化活性。Ce-O-Ti键被证实是催化O3氧化脱除NOx的活性位点。
对CeTi催化剂进行了氟(F)掺杂改性得到F掺杂CeTi催化剂(CeTiF)，并用以催化O3氧化脱除NOx。CeTiF较CeTi具有更高的催化活性。F掺杂降低了表面-OH的结合能，提高了表面-OH的反应活性，促进了·OH的产生。F主要取代Ce-O-Ti中的O2-而不是Ti-O-Ti和Ce-O-Ce中的O2-，并在邻位Ce-O-Ti键中产生氧空位，从而有助于H2O的吸附，在反应过程中产生表面-OH，改善O3的吸附，进而产生·OH。
最后，开发了乙醇-O3氧化法脱硝技术。将乙醇和O3混合物注入烟道内以达到脱硝的目的。O3氧化乙醇得到有机自由基，其将NO和NO2氧化为有机硝基化合物和稀硝酸，两者均为重要的化工原料。尾气中残留的乙醇经过简单提纯和净化可重复利用。实验结果表明烟气中CO32-，HCO3-和SO2对NOx脱除无影响。与传统的O3氧化法脱硝相比，本研究提出的方法具有更高的选择性NO氧化和NOx脱除，更低的SO2氧化以及更低的O3需求量。除此之外，本方法具有更低的投资和运行成本且结构更为紧密，占地面积小。NOx脱除率最高可以达到80％以上。
- 作 者：
- 丁杰
- 学科专业：
- 化学工程与技术
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 南京理工大学
- 导师姓名：
- 钟秦
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
