凹凸棒石是一種含水鎂鋁硅酸鹽礦物,具有反向2:1型鏈層狀結構,基于這種特殊的晶體結構,使其具有適宜的表面電荷、一定的離子交換能力、大的比表面積和高吸附容量等理化性質,因此凹凸棒石被廣泛應用于催化、吸附等領域。另外,由于凹凸棒石的晶體結構中貫穿著縱向孔道,所以能夠選擇性的吸附H2O、SO2和NH3等極性小分子。而且凹凸棒石經(jīng)適當改性處理后,其形態(tài)、比表面積、孔徑分布和表面電性等理化性能指標都得到改善,吸附性能進一步提高。
本文采用熱處理的方法改性凹凸棒石,將其用于吸附SO2,并研究凹凸棒石在熱處理過程中的結構、形貌及其吸附SO2能力的變化規(guī)律,同時考察不同吸附溫度下O2濃度和H2O含量對凹凸棒石吸附SO2的性能影響。利用XRD、BET和TPD等方法表征了凹凸棒石脫硫劑在熱處理過程中的結構變化,并探討凹凸棒石脫硫劑的結構特性與其脫硫性能的內在關系。研究結果表明:凹凸棒石的微觀晶體結構隨熱處理溫度的升高呈現(xiàn)顯著的階段性變化,這種結構變化的程度與凹凸棒石表面不同形態(tài)水分子的脫除密切相關。SO2吸附實驗結果表明,隨著熱處理溫度的升高,凹凸棒石對SO2的吸附量呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢,并且凹凸棒石的表面吸附水和沸石水的存在占用大量的吸附位,對SO2的吸附不利,因此熱處理后凹凸棒石表面吸附水和沸石水的脫除導致了SO2吸附能力的提高;另外結晶水的存在對SO2的吸附是有利的,表現(xiàn)為較高溫度下結晶水部分脫出后凹凸棒石對SO2的吸附能力明顯降低。同時在所考察的溫度范圍(50℃-200℃)內O2的存在沒有影響凹凸棒石吸附SO2的吸附容量,表明單純凹凸棒石并不會對SO2的氧化起催化作用,且O2的存在也不會和SO2形成競爭吸附:當吸附溫度低于100℃時,H2O與SO2存在競爭性吸附,極大的抑制了SO2的吸附:當吸附溫度高于100℃時,H2O的存在對凹凸棒石脫硫基本沒有影響。
另外,在熱處理的基礎上,通過等體積浸漬法制備脫硫劑CuO/凹凸棒石,考查了脫硫劑制備及反應條件對CuO/凹凸棒石脫硫活性的影響,并利用XRD、BET、SEM、TPD和XPS等方法表征脫硫劑CuO/凹凸棒石。結果發(fā)現(xiàn):脫硫劑CuO/凹凸棒石的煅燒溫度在300℃時較為適宜,在300℃煅燒時,Cu(NO3)2分解完全,脫硫劑的脫硫活性最高。銅的負載量為10%~12%時,脫硫劑具有較高的脫硫活性,高于12%的負載量致使活性組分CuO在凹凸棒石表面發(fā)生團聚聚集,活性位的利用率下降;在200℃~250℃的煙氣溫度下,CuO/凹凸棒石具有較高的脫硫活性,煙氣中的O2對于CuO/凹凸棒石的脫硫活性影響不大。研究結果也表明,CuO的負載顯著提高了凹凸棒石對SO2的脫除作用,尾氣中的SO3收集及檢測結果進一步說明CuO的負載對SO2起到了催化氧化作用。而煙氣中的O2的存在并不能顯著改善SO2的脫除,表明SO2的催化氧化是由于負載氧化銅本身的活性晶格氧所致,氣相O2不能夠及時的使晶格氧復位。
關鍵詞:
干法煙氣脫硫 凹凸棒石 改性處理 結構特性 脫硫活性
作者:
姜偉平
學位授予單位:
合肥工業(yè)大學
授予學位:
碩士
學科專業(yè):
化學工程
導師姓名:
張先龍
學位年度:
2012
語種:
中文
分類號:
X701.3
在線出版日期:
2012年11月30日
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