低温下CO选择性催化还原NO_x的实验研究

进行了CO作为还原剂选择性催化还原低温烟气中NO_x的实验.主要考察了反应温度、活性金属负载质量比、活性金属种类3个因素对脱硝效率及CO转化率的影响.结果表明:考察温度窗口内(100~180℃),随着反应温度的升高,Cu-Co/Al_2O_3催化剂的NO脱除率逐渐升高,Cu-Mn/Al_2O_3催化剂的NO脱除率先升高后降低,CO转化率不断增大;随着活性金属负载质量比的改变,实验工况下Cu-Co/Al_2O_3和Cu-Mn/Al_2O_3催化剂活性金属负载质量比均为1.5时催化剂的脱硝性能最优;Cu-Mn/Al_2O_3的整体NO脱除率高于Cu-Co/Al_2O_3;8种催化剂中活性金属负载质量比为1.5的Cu-Mn/Al_2O_3催化剂在160℃下脱硝效果最好.     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧热重分析及动力学特性

在综合热分析仪上进行了3种煤粉在O_2/N_2及O_2/CO_2气氛下的非等温燃烧试验,研究了不同气氛下煤粉燃烧特性参数的变化,并计算出各工况下的动力学参数.结果表明:在相同O_2浓度下,煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下燃烧特性有所不同,用CO_2代替N_2后煤粉着火温度和燃尽温度均升高,燃烧时间延长,综合燃烧特性指数下降;O_2/CO_2气氛下,增加O_2浓度后,燃烧热重曲线向低温区域移动,着火提前,燃尽温度降低,燃烧时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧性能得到改善;煤粉燃烧反应低温段的活化能和频率因子较高温段低,反应级数较小;不同工况下,煤粉2个阶段的反应活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应.     

煤颗粒固定床加压富氧燃烧特性及污染物生成试验研究

为研究煤加压富氧燃烧及其污染物生成特性,建立了加压水平管式炉富氧燃烧实验系统.以山西浑源烟煤为实验原料,探究了不同燃烧压力(0.1～0.9 MPa)和不同气氛(空气以及O_2浓度分别为21%,26%,31%,36%,41%的O_2/CO_2气氛)对煤加压富氧燃烧过程的燃烧特性以及污染物生成的影响.结果显示,与空气燃烧相比,O_2/CO_2气氛下煤燃烧时间增加;随着O_2浓度的增加,煤燃烧时间缩短;升高反应压力,煤燃烧速率增大且增幅逐渐减小;随着反应压力的提高NO_x生成量逐渐减少,O_2/CO_2气氛下NO_x生成量小于空气气氛下NO_x生成量,随着O_2浓度增加,NO_x生成量增加;压力升高导致SO_2生成量明显减少,O_2/CO_2气氛下SO_2生成量小于空气气氛下SO_2生成量,SO_2生成量随着O_2浓度增加而增多.     

O_2/CO_2燃烧条件下NO_2还原特性的实验研究

为探究O_2/CO_2燃烧条件下NO_2的还原特性,利用固定床反应实验系统,研究了温度、矿物质、灰分以及反应气氛变化对NO_2还原行为的影响规律与作用机理。实验结果表明:NO_2的还原率随反应温度升高而增大,当反应温度大于873K时,NO_2还原反应显著加快;反应温度为1 073K时,NO_2还原率达到90%以上。煤灰中主要的矿物质成分对NO_2还原过程表现出催化促进作用,相应矿物质催化NO_2还原的活性顺序为Fe2O3MgOCaOAl2O3Na2CO3K2CO3SiO_2。准东煤灰中活性矿物质成分含量较高,煤灰对NO_2还原的催化活性顺序为五彩湾煤灰天池煤灰灵新煤灰。此外,O_2/CO_2燃烧气氛中CO体积分数的增加会促进NO_2的还原,高体积分数的CO_2对NO_2的还原有明显的促进作用,而O_2体积分数的增加会在一定程度上抑制NO_2的还原。动力学分析结果表明,O_2/CO_2燃烧中局部高体积分数CO降低了NO_2还原的表观活化能,从而能够促进NO_2的还原。     

贝壳脱除垃圾焚烧烟气中氯化氢的实验研究

为解决海岛生活垃圾焚烧中消除HCl问题,研究贝壳代替传统钙基吸附剂可行性。利用贝壳、Ca(OH)_2和Ca CO_3对高温模拟烟气进行HCl吸附实验,讨论了温度、吸附剂成分、吸附反应平衡和Ca/Cl物质的量之比对吸附剂脱氯性能的影响。结果表明,温度高于700℃时,贝壳的脱氯效果优于Ca(OH)_2和Ca CO_3;贝壳与钙基吸附剂脱氯规律有相似之处,高温下,Ca(OH)_2首先转化为Ca CO_3来发挥吸附作用;而贝壳主要成分为Ca CO_3;温度高于700℃时,贝壳吸附HCl反应的平衡浓度与Ca(OH)_2和Ca CO_3相当或更低;综合热值、脱氯效率等因素,最佳贝壳投加量为垃圾总量的9%～13%。     

含氯有机废料资源化处理基础研究I. PVC固定床热解脱氯反应特性

在10g固定床反应器中对PVC在惰性气氛下的热解脱氯特性及有关工艺参数进行考察，并研究了热解终温（FPT）对PVC热解产物产率的影响。实验结果表明，在温度为300℃，反应时间为3h，升温速率为5℃/min条件下，PVC中大部分的氯可脱除，脱氯率可达90%，另有约10%的氯残留在液体产物及固态残渣中，且升温速率越慢，分解程度越大，反应的起始分解温度也越低。随着热解终温的提高，可燃气体率增大，焦油和残渣产率则减少。     

苯酚在CeO_2-ZSM-5固定床反应器上的湿式催化降解

采用浸渍法制备CeO_2-ZSM-5分子筛催化剂,并将其用于固定床反应器来湿式催化氧化苯酚废水.采用X射线衍射、N_2吸附和脱附对分子筛的物相结构、比表面积和孔结构进行表征,然后对比不同温度、床层高度、进料流速对苯酚转化率、H_2O_2转化率、TOC(总有机碳)转化率、活性组分浸出率和CO_2选择性的影响.表征结果表明,CeO_2-ZSM-5分子筛催化剂为微孔材料,负载活性组分前后其晶型没有明显变化,但比表面积减小.活性评价实验结果表明:随着温度的升高和进料流速的减小,H_2O_2转化率、苯酚转化率、TOC转化率和CO_2选择性逐渐增大;随着床层高度的增加,H_2O_2转化率、苯酚转化率、TOC转化率逐渐增大,CO_2选择性则逐渐降低;各条件下,催化剂活性组分浸出率较小,稳定性较好,且降解过程不产生副产物.     

汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧特性的试验研究

基于定容燃烧可视化光学平台,模拟缸内直喷(GDI)汽油机缸内燃烧环境,研究汽油在O_2/CO_2氛围和空气氛围下均质燃烧特性以及火焰传播特性。研究结果表明当循环喷油量一定时,相比于空气氛围,汽油在氧气浓度为40%的O_2/CO_2氛围下燃烧的压力升高率提高了1.8倍,着火落后期和明显燃烧期缩短近50%,放热率的峰值增大了近1倍;且峰值相位提前。过量空气系数对汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧的影响较大,化学当量比时放热率的峰值达到最大。随着过量空气系数增大,最大燃烧压力增大,最大压力升高率下降,放热率的峰值下降,且峰值相位后移,反应速率下降,明显燃烧期增大,且火焰传播速度明显下降。     

HZSM-5分子筛硅铝比对催化氯甲烷偶联制备低碳烯烃性能的影响

采用硅铝比(n(SiO_2)/n(Al_2O_3))分别为25、38、50、80、200和300的HZSM-5分子筛作为催化氯甲烷偶联制备低碳烯烃(MeXTO)的催化剂,系统地考察HZSM-5分子筛的硅铝比、结构与表面性质对催化性能的影响。利用X线衍射仪(XRD)、N_2吸附-脱附、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)和O_2程序升温氧化(O_2-TPO)对催化剂进行表征。结果表明:随着硅铝比的增加,分子筛表面的中强酸酸量逐渐降低,酸强度也逐渐减弱,氯甲烷的转化率逐渐降低,而低碳烯烃的总选择性逐渐增大,催化剂的稳定性也逐渐增强,其中,硅铝比为80的HZSM-5分子筛因具有较适宜的表面酸强度和酸量,催化性能最优。在反应温度450℃、空速2.45 h~(-1)下,氯甲烷的转化率达到92.9%,低碳烯烃的选择性达78.3%,反应稳定性达28 h。     

烟气中As_2O_3的氧化脱除试验

以芬顿(Fenton)溶液作为吸收剂,在自制的小型鼓泡反应器内,进行了Fenton氧化法脱除气态As_2O_3的试验,考察了反应温度和模拟烟气成分等因素对烟气中As_2O_3脱除效率的影响。研究结果表明:在H_2O_2浓度为0.2 mol/L、Fe~(2+)浓度为5 mmol/L、Fenton吸收液初始pH值为5.5、反应温度为50℃时,烟气中As_2O_3的脱除效率可达100%。模拟烟气中SO_2和NO质量浓度、O_2和CO_2质量分数等因素对As_2O_3脱除效率影响显著。同时,采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法,对液相离子产物进行了定性与定量检测,得到As_2O_3脱除产物主要为As(V)。     

载体焙烧温度对Pt/FeO_x催化剂的CO催化氧化及其抗H_2O和CO_2的影响

以不同焙烧温度的FeO_x为载体制备了负载型Pt催化剂,考察了其在不同反应条件下的CO催化氧化性能及其抗H_2O和抗CO_2性能.结果表明:在CO+O_2条件下,Pt/FeO_x-300催化剂(载体经300℃焙烧)性能最好,可能与催化剂中最高的Pt物种分散度有关;而Pt/FeO_x-400催化剂中尽管Pt分散度较低,但其γ-Fe_2O_3晶相的存在使催化剂具有更强的还原能力,从而也保持了较高活性.在反应气氛中加入H_2O能有效促进催化剂活性和稳定性;反应动力学显示,H_2O的加入可能在催化剂表面形成大量羟基,而CO与表面羟基之间的快速反应开辟了新的反应路径,从而提高了反应活性.研究对理解不同晶相的FeO_x在H_2O和CO_2存在条件下的反应行为提供了实验证据.     

TiO2光催化臭氧氧化降解全氟辛酸的研究

TiO_2光催化臭氧氧化可以有效降解全氟辛酸(PFOA),反应4 h后的脱氟率达到44.3%.考察了PO_4~(3-)、PFOA初始浓度、反应温度对PFOA脱氟率的影响.结果表明,TiO_2光催化臭氧氧化降解PFOA过程发生在催化剂表面,PFOA和O_3在TiO_2表面的吸附是降解反应发生的必要条件;反应过程的前半段温度占主导因素,脱氟率随温度升高而升高,反应过程的后半段吸附作用影响更大,温度越低脱氟率反而越高;降解过程中产生的中间产物主要是5种短链全氟羧酸化合物,包括C_6F_(13)C_OOH、C_5F_(11)C_OOH、C_4F_9C_OOH、C_3F_7C_OOH和C_2F_5C_OOH.TiO_2光催化臭氧氧化降解PFOA的机理类似于Photo-Kolbe反应.     

纳米Ni/Fe双金属还原降解对氯硝基苯的影响因素

利用自制的纳米Ni/Fe双金属对对氯硝基苯(p-NCB)催化脱氯进行研究,考察了镍化率、Ni/Fe投加量、反应温度、初始pH值和p-NCB初始浓度等反应参数对脱氯效果的影响.研究结果表明,反应产物为苯胺和Cl-;较高的镍化率、Ni/Fe投加量和反应温度可以促进p-NCB的还原降解;初始pH值有最佳浓度范围,较高pH值和较低pH值都不利于反应的进行.     

高温煤气脱氯剂的制备与结构分析

采用混合法制备了CaCO3/SrCO3双组分高温脱氯剂;探讨了焙烧温度、使用气氛对脱氯剂性能的影响,结果表明在焙烧温度为550℃、使用气氛为煤气时氯容较高;用X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、综合热分析仪(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对反应前后的脱氯剂进行了分析表征,结果表明该高温脱氯剂脱除HCl主要是化学吸附,反应后生成了CaCl2和SrCl2。     

煤在加压流化床富氧燃烧条件下的碳转化规律

在15 kW加压流化床富氧燃烧实验台上,进行了内蒙古烟煤在850～900℃下的加压富氧燃烧实验,研究了压力为0. 1～0. 4 MPa、空气和21%～30%氧浓度的O_2/CO_2气氛下燃烧的碳转化规律.研究结果表明:稳态富氧燃烧条件下,加压流化床富氧燃烧实验台干烟气中CO_2浓度均超过90%.提高燃烧压力有利于提高碳转化率和CO_2生成率,有利于降低CO生成率.在压力0. 1～0. 3 M Pa范围内,CO_2生成率随着压力的增加基本呈线性递增关系,从85%左右增加到93%左右.进一步增加压力,CO_2生成率逐渐趋于平稳,并保持在较高水平.在压力为0. 4 MPa条件下,CO_2生成率增加到95%左右.提高O_2/CO_2气氛的氧浓度能够提高碳转化率和CO_2生成率,但是随着压力的提高,氧浓度对碳转化率和CO_2生成率的影响减小.     

Sn杂化氧化铝球的制备及其在丙烷脱氢中的应用

采用海藻酸铵辅助法制备了Sn杂化Al_2O_3球形颗粒,并通过浸渍法获得Pt/Snx-Al_2O_3-X催化剂.采用氮吸附-脱附、XRD、NH3-TPD、XPS与TEM,研究了Sn杂化量与煅烧温度对催化剂孔结构、晶相、表面酸性、Sn价态、催化剂表面Pt颗粒大小的影响,并评估了催化剂在丙烷脱氢过程中的反应活性.实验结果表明,Sn的引入没有改变γ-Al_2O_3的晶相,但是可以提高催化剂的热稳定性;随着煅烧温度的提高,催化剂孔容、孔径明显增加,而比表面积与表面总酸量明显减少;Pt/Sn15-Al_2O_3-800催化剂表面Pt、Sn与γ-Al_2O_3之间相互作用较强,Sn0含量较低,同时Pt粒子平均粒径最小,其丙烷脱氢活性也最好,收率可达35%,以上.     

基于Gaussian和LAMMPS模拟的氧化钙脱除氯化氢机理

为了揭示氧化钙在中高温阶段脱氯效率降低的机理,采用Gaussian软件研究了氧化钙脱除氯化氢的可能反应路径,并基于主要反应路径上的决速步分析了不同温度条件下的反应平衡常数及反应速率常数.采用LAMMPS软件研究了2个氧化钙颗粒在不同温度下的微观结构变化.结果表明:氧化钙脱除氯化氢的主要反应路径是CaO+HCl→CaClOH,CaClOH+HCl→CaCl_2·H_2O,CaCl_2·H_2O→CaCl_2+H_2O;反应平衡常数随温度升高而减小;反应速率常数随温度升高而增加;当温度在298～700 K之间时,化学反应占主导地位,因此脱氯效率随温度的升高而增加;当温度在700～900 K之间时,氧化钙开始烧结,此时温度的升高可以克服烧结导致的传质阻力的增加,因此脱氯效率仍然呈上升趋势;当温度大于900 K时,氧化钙完全烧结,温度的升高已经无法弥补传质阻力的增加,所以脱氯效率随着温度升高呈下降趋势.     

3种类水滑石在中高温条件下的脱氯性能

采用共沉淀法制备CaMgAl-HTLs,ZnMgAl-HTLs,FeMgAl-HTLs三种类水滑石(HTLs),在不同初始浓度、温度条件下对3种类水滑石的脱氯性能及其随反应时间的变化进行了试验研究,并结合热重分析对其吸附机理进行推测.结果表明,3种类水滑石材料都具有良好的脱氯性能,在整个试验过程中脱氯效率均在86%以上;瞬时脱氯效率均随反应时长的增加先减小后维持稳定;平均脱氯效率随HCl初始浓度升高而下降;平均脱氯效率随温度的升高呈现出不同的变化趋势,试验温度从350℃升高到650℃,CaMgAl-HTLs,ZnMgAl-HTLs类水滑石的平均脱氯效率先升高后下降随后又略有回升,峰值出现在450℃,分别为97.6%和96.8%,而FeMgAlHTLs类水滑石的平均脱氯效率随温度的升高不断减小,最大值出现在350℃,为94.1%.3种类水滑石中CaMgAl-HTLs吸附剂的综合性能最佳,脱氯效率在93%以上,FeMgAl-HTLs的性能最不稳定.     

CaO中高温脱除HCl的特性试验研究

为在中高温下脱除垃圾焚烧烟气中的HCl,在不同初始HCl浓度(450~1 500 mg/m3)、反应温度(300~700℃)以及吸附剂粒径(0.15~2 mm)条件下对CaO脱氯特性进行了试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对反应过程中的CaO颗粒进行分析.试验结果表明:随初始HCl浓度的减小,CaO对HCl的吸附能力升高,当HCl浓度为750 mg/m3时CaO转化率最高(12.20%),浓度继续减小,CaO转化率不变;随着反应温度升高,CaO转化率呈现先上升后下降的趋势,并在400℃达到峰值;CaO对HCl的吸附能力随粒径的减小而增加,当粒径范围从1~2 mm减小到0.150~0.355 mm时,CaO转化率提高7.78%.由SEM和EDS可见,未反应的CaO表面疏松多孔,随着与HCl反应的进行,颗粒结构变得致密且表面逐渐被反应产物CaCl2所覆盖,当颗粒表面完全被产物层包裹时吸附剂失效.     

煤焦O_2/CO_2燃烧特性的改进离散随机孔模型解析

以小龙潭褐煤和焦作无烟煤作为研究对象,采用热重分析仪对煤焦的O_2/CO_2燃烧特性进行研究.以燃烧过程中煤焦颗粒反应速率与孔隙表面积之间的关键关系为切入点,对燃烧过程中非常小时间微元内的焦颗粒有效反应面积进行修正,并采用微元分析法求解随机微分方程,最终建立了预测煤焦O_2/CO_2燃烧特征的改进离散随机孔模型,并将此模型用于分析不同温度下小龙潭褐煤焦和焦作无烟煤焦的O_2/CO_2燃烧特性.通过与现有离散随机孔模型的比较发现,所提出的改进离散随机孔模型在整个燃烧阶段均能够得到较好的预测结果,而离散随机孔模型在燃烧后阶段的预测值与热重实验数据有较大偏差.