2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、目前我國因燃煤所造成的汞排放問題十分突出,已成為環(huán)保領(lǐng)域亟待解決的問題之一。零價汞(Hg0)是燃煤煙氣中汞的主要存在形式之一,對其治理也最為困難。利用催化氧化的方法將煙氣中Hg0轉(zhuǎn)化為易去除的二價汞(Hg2+),被認(rèn)為是治理Hg0的有效途徑之一。然而,由于Hg0在燃煤煙氣中為痕量級,采用傳統(tǒng)的催化氧化方法(TCO)存在Hg0轉(zhuǎn)化效率不高、氧化劑或其前體物易流失且用量大、二次污染大等不足。為了克服傳統(tǒng)方法的上述問題,本研究針對煙氣中痕量級

2、Hg0的去除,通過研究構(gòu)建了一種集氧化劑的釋放、吸附富集以及Hg0的催化氧化于一體的反應(yīng)體系,并以多孔陶瓷膜為主體將二者有機(jī)結(jié)合起來,形成獨(dú)特的膜催化-氧化劑輸送-汞催化氧化的反應(yīng)體系(MDCOs)。
   論文首先采用過渡金屬錳氧化物(MnOx)為主要活性組分,以多孔陶瓷膜為主體,通過浸漬法形成Mn/Al2O3膜催化反應(yīng)體系,并以氯化氫HCl為氧化劑前體物,研究了Mn/Al2O3膜催化體系對模擬煙氣中痕量級Hg0向Hg2+轉(zhuǎn)化

3、的規(guī)律,以及煙氣中其它組分包括SO2、NO及O2等對Hg0轉(zhuǎn)化的影響,并與TCO模式進(jìn)行了對比。同時利用該膜催化體系對HCl的活化過程(如HCl在有氧的條件下轉(zhuǎn)化成Cl2的Deacon反應(yīng))也進(jìn)行了系統(tǒng)研究,探討了HCl在膜催化體系中傳輸、轉(zhuǎn)化、吸附與富集的規(guī)律。
   為增強(qiáng)Mn/Al2O3膜催化體系對痕量級Hg0的催化氧化效率,進(jìn)一步降低氧化劑用量,研究采用過渡金屬Ti對陶瓷管進(jìn)行改性后再附以過渡金屬Ru氧化物,形成了以Ru

4、-Ti/Al2O3為主體催化劑的MDCOs體系。研究了不同條件下的Deacon過程,以及Ru-Ti/Al2O3膜催化體系在300℃下對Hg0的轉(zhuǎn)化規(guī)律。為適應(yīng)除塵后低溫?zé)煔庵蠬g0轉(zhuǎn)化的需求,研究采用過渡金屬M(fèi)o與Ru對Mn/Al2Oa膜催化劑進(jìn)行了摻雜,形成了Mn-Mo-Ru膜催化體系,研究了在低溫150℃條件下,Mn-Mo-Ru膜催化體系對HCl的Deacon轉(zhuǎn)化效果,以及對Hg0的轉(zhuǎn)化規(guī)律。論文還對Hg0轉(zhuǎn)化的動力學(xué)方程,以及Hg

5、0轉(zhuǎn)化的規(guī)律進(jìn)行了討論,得出了以下主要結(jié)論:
   (1)在高溫300℃下,1ppmv及5ppmv的HCl存在時,Mn/Al2O3膜催化體系能分別實(shí)現(xiàn)81.8%與93.6%的Hg0轉(zhuǎn)化率,而Ru-Ti/Al2O3膜催化體系能在3ppmvHCl存在的條件下,實(shí)現(xiàn)97.4%的Hg0轉(zhuǎn)化率;在低溫150℃和8ppmv的HCl存在的條件下,Mn-Mo-Ru膜催化體系對Hg0的去除效率能保持在95%以上。與TCO模式相比,三種不同的MDC

6、Os膜催化體系不但具有較高的Hg0去除率,而且具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。與TCO模式相比,三種膜催化體系均表現(xiàn)出了較好的抗硫效果。低濃度SO2對汞轉(zhuǎn)化的抑制作用幾乎可以忽略。然而高濃度如1500ppmv的SO2對汞的轉(zhuǎn)化仍具有一定的抑制作用。
   (2)由于HCl向Cl2的轉(zhuǎn)化效率對痕量級Hg0的轉(zhuǎn)化起著非常關(guān)鍵的作用,因此,論文還對HCl在MDCOs膜催化系統(tǒng)中的活化過程進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,在高溫300℃下,以Mn/Al2O3為

7、膜催化劑的MDCOs體系,其Deacon反應(yīng)產(chǎn)率較低,只有32.6%。相比之下,Ru-Ti/Al2O3膜催化體系對HCl的Deacon產(chǎn)量與轉(zhuǎn)化率顯著提高,HCl的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了60.3%。與Mn/Al2O3膜催化體系在300℃下對HCl的轉(zhuǎn)化率相比,提高了近90%。在低溫150℃下,盡管上述兩種膜催化體系的Deacon效率較低,然而,Mn-Mo-Ru膜催化體系卻能實(shí)現(xiàn)23.0%的HCl轉(zhuǎn)化率。另外,在Deacon過程中,HCl的逃逸量非

8、常低,只有0.5mg/m3左右。HCl在MDCOs膜催化體系中的高Deacon效率有力地驗(yàn)證了MDCOs膜催化體系對Hg0的高轉(zhuǎn)化率。
   (3)Hg0在Mn/Al2O3膜催化體系中的轉(zhuǎn)化過程,在沒有氧化劑前體物的條件下,主要是通過吸附后被催化劑表面上的晶格氧所氧化,并主要以HgO的形式存在;在HCl存在的條件下,則主要以汞與Deacon過程產(chǎn)生的活性氯結(jié)合后的HgCl2形式存在。在Ru-Ti/Al2O3及Mn-Mo-Ru膜催

9、化體系對Hg0的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中,90%以上都是通過Hg0與活性氯結(jié)合生成了HgCl2,而HgO的形成在MDCOs體系中并不占主導(dǎo)地位。
   (4)催化劑的XPS結(jié)果分析顯示,新鮮催化劑表面上Mn、Mo、Ru及Ti的存在形態(tài)主要為Mn(Ⅳ)與Mn(Ⅲ)、Mo(Ⅵ)與Mo(Ⅳ)以及Ru(Ⅳ)與Ti(Ⅳ)。在Hg0向Hg2+轉(zhuǎn)化的過程中以及在Deacon反應(yīng)的過程中,上述各過渡金屬的形態(tài)并沒有發(fā)生明顯變化。其中部分Mn(Ⅳ)離子會轉(zhuǎn)化為

10、Mn(Ⅲ)、Mo(Ⅵ)離子會轉(zhuǎn)化為Mo(Ⅳ)。然后在有氧存在的情況下,這些被轉(zhuǎn)化的金屬離子能夠完全得到再生,即Mn(Ⅲ)離子與Mo(Ⅳ)離子會重新還原為Mn(Ⅳ)離子與Mo(Ⅵ)離子,從而在保持催化劑穩(wěn)定性的同時,極大地提高了催化劑的使用壽命與催化活性。
   (5)汞的表征分析及動力學(xué)方程表明:汞在MDCOs體系中的轉(zhuǎn)化過程,符合Mars-Maessen機(jī)理。膜催化劑體系中產(chǎn)生的Hg2+的量,與煙氣中Hg0的濃度、HCI在體系

11、中的平衡濃度、煙氣溫度、煙氣中氧含量、催化劑BET大小以及過渡金屬在膜催化劑表面的形態(tài)與含量有關(guān)。這些過渡金屬離子主要包括Mn(Ⅳ)離子、Mo(Ⅵ)離子及不飽和cus-Ru原子。其中影響較大的主要是反應(yīng)溫度以及制備的過渡金屬在催化劑表面的形態(tài)與含量。影響汞轉(zhuǎn)化率的因素除上述表述外,HCl在陶瓷膜內(nèi)向外擴(kuò)散的傳質(zhì)過程也是汞轉(zhuǎn)化的速率限制性因素。
   本研究的創(chuàng)新及特色之處主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn):1)針對煙氣中痕量級Hg0的氧化,構(gòu)建

12、出了以多孔陶瓷管為載體,以過渡金屬M(fèi)n、Mo、Ru及Ti所形成的不同氧化物為主體的膜催化材料,該膜催化材料將氧化劑的釋放、吸附富集以及Hg0的催化氧化集中于一體形成了MDCOs膜反應(yīng)體系,該體系在功能結(jié)構(gòu)上具有明顯的創(chuàng)新性。2)論文構(gòu)造的Mn/Al2O3與Mn-Mo-Ru的MDCOs膜催化體系,能分別在高溫300℃與低溫150℃下,實(shí)現(xiàn)對Hg0到Hg2+的高效轉(zhuǎn)化,并具有很好的抗硫能力。同時,MDCOs體系還能顯著降低氧化劑的流失,節(jié)約

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