活性炭纤维催化氧化脱硝的机理研究

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硫氧化物(主要是SO2)与氮氧化物(NOx)是我国主要的大气污染源,随着燃煤电站烟气脱硫的大规模实施,SO2的排放已得到有效遏制,而氮氧化物的排放控制正日益受到重视。本文采用多污染物气体分析仪在小型固定床吸附试验台上开展了氮气、氧气气氛下粘胶基活性炭纤维吸附脱除NO的实验研究。通过对不同气氛下样品吸附性能的比较,结合XPS、TPD、FTIR等表征手段,分析了ACF吸附氧化NO的作用机理,在此基础上探讨ACF联合脱硫脱硝的机理。采用H2O2溶液浸渍以及热处理方法对ACF表面进行修饰,以获得表面孔隙结构接近而含氧官能团含量不同的样品,分析了ACF表面含氧官能团的变化及其对NO吸附氧化的影响;考察了环境气氛中氧气浓度变化对NO向NO2转变的作用规律;利用XPS、TPD、FTIR等表征手段分析吸附前后表面含氧含氮官能团的变化规律,基于此,探讨了含氧官能团在NO催化氧化过程中的作用及含氧气氛下O2对于NO转化为NO2的影响及ACF表面吸附的NO向NO2的主要转化途径。结果表明:在氮气气氛下ACF表面C-O官能团对吸附态的NO起到氧化作用,吸附态NO被C-O官能团氧化生成-NO2官能团;在含氧气氛下活性炭纤维吸附NO后表面出现-NO2、-NO3官能团,通过长时间试验测定不同含氧官能团样品(H2O2改性、热处理改性)在含氧气氛下对NO吸附的效果,发现样品稳定时催化氧化效果几乎一致,而提高O2体积分数可以明显促进NO催化氧化效果,表明含氧官能团对初始NO的物理吸附影响较大,而对整个吸附过程影响较小,吸附态NO与游离态O2发生氧化反应是NO转变为NO2的主要途径。ACF联合脱硫脱硝的试验考察样品在氮气和氧气气氛下单独吸附SO2和NO以及NO吸附暂态反应与联合吸附的区别,结果表明:N2气氛下ACF表面含氧官能团均能将吸附态的SO2和NO氧化。O2气氛下单独吸附SO2过程中O2将ACF表面部分含氮官能团氧化为亚硝基形式,亚硝基为SO2的吸附提供吸附位;联合吸附过程中吸附态的NO被氧化为-NO2和-NO3形式,-NO2和-NO3为SO2的吸附提供较好的吸附位,吸附态的SO2与此官能团络合并氧化为硫酸盐形式并将-NO2和-NO3含氮官能团还原。
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