全硅β分子筛催化氧化NO_x工业废气中NO的研究

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基于精细化工、制药等行业排放的NOx废气具有NO含量(NO与NOx浓度之比)高达90%以上、水汽含量高、常温常压排放的特点,有研究提出采用低温催化氧化-碱液吸收结合处理是一种比较合理的方法,即在催化剂的作用下,利用废气中的O2把NO部分氧化成NO2,达到碱液吸收的最佳氧化度(50%~60%),从而实现85%以上的单级NOx脱除率。而目前低温催化氧化催化剂最大的不足是抗水汽性差,因此寻找一种既有低温催化活性又有良好抗水汽性的催化剂是很有意义的。本文通过理论分析,选择合成的全硅β分子筛作为NO氧化催化剂,考察其对NO氧化的催化性能和反应机理。主要的研究内容与结果如下:不同的高硅材料中,全硅β分子筛和H-ZSM-5对NO有催化氧化活性,而无定形的SiO2和孔道尺寸较大的全硅MCM-41、SBA-15对NO无催化氧化活性,且微孔面积较大的全硅β分子筛在干气下对NO催化氧化活性高于H-ZSM-5,说明孔道尺寸和微孔面积在NO氧化中起重要作用。在饱和水汽下,全硅β分子筛对NO催化氧化的活性明显优于H-ZSM-5,说明提高分子筛硅铝比可提高其抗水汽性能,有利于NO氧化。反应条件对全硅β分子筛催化氧化NO影响的研究结果表明,随着反应温度的升高,在干气和饱和水汽下NO的氧化率都有所下降,但水汽对NO氧化的影响随着温度的升高而减弱。NO氧化率随着NO进口浓度的增加,空速的降低而有所增加。在稳定性实验中得出,全硅β分子筛在湿气条件下反应240小时活性没有下降,表现出良好的稳定性。在NO进口浓度为0.05%、O2浓度为20.7%、空速为7200h-1、反应温度为30℃,相对湿度0%和100%下,NO氧化率分别达到66%和56%,满足了碱液吸收的最佳氧化度要求,说明全硅β分子筛即使在饱和水汽下也具有良好的稳定性及抗水汽性。采用TPD和In-situ DRIFTS对NO在全硅β分子筛上的氧化过程和表面吸附物种进行了研究。研究表明,NO在全硅β分子筛上会形成NO和(NO)2两种吸附态形式,气相中的O2与吸附态的NO或(NO)2反应生成NO、NO2、(NO)2等中间物种。根据NO在全硅β分子筛上氧化反应过程和表面的吸附物种情况,提出NO在全硅β分子筛上氧化反应机理如下: (?)
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