脱除烟道气中CO2、SO2和NOx高温吸附剂的研究及CO2吸附模拟

论文摘要

目前大气中CO2、SO2和氮氧化物主要来源于工厂使用的高温炉等设备,且排出的气体大都处于高温状态,因此制备可以在高温下直接处理CO2、SO2和NOx的材料,成为一个非常有意义的课题,本课题主要研究内容如下:1.本文采用柠檬酸-乙二醇/乙醇络合法,分别以硝酸锂、硝酸氧锆和硝酸锂、正硅酸乙酯为原料制备了纯Li2ZrO3和纯Li4SiO4超细晶体粉末。利用综合热分析仪（TG-DSC）分析了前躯体的热分解变化过程,采用X射线衍射光谱（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对Li2ZrO3和Li4SiO4的前驱体及Li2ZrO3和Li4SiO4晶体粉末进行了表征,研究了焙烧温度和时间对Li2ZrO3四方晶粒结构和Li4SiO4球状晶形结构形成的影响。结果表明:在800℃下焙烧150min,制备出的Li2ZrO3超细晶体粉末具有规整、均匀的四方晶相;Li2ZrO3晶体粉末在程序升温和高温恒温状态下吸附CO2的最佳吸附温度为600℃,在此温度下,当CO2流量为45cm3/min时,90min内样品吸附CO2量可达吸附剂质量的23.7%,吸附速率较快。在800℃下焙烧2h,制备出的Li4SiO4超细晶体粉末为球状晶型,晶型完整、均匀。最佳吸附温度为700℃,90min样品吸附CO2量可达吸附剂质量的32.2%。2.本文用上述Li2ZrO3/Li4SiO4超细粉末为原料制备了对CO2/N2混合气体具有较高选择透过性的膜材料。将γ-Al2O3薄片先后浸没于熔融碳酸盐和用聚乙烯醇高度分散的Li2ZrO3/Li4SiO4悬浮液中,经干燥、煅烧后得到膜片。用XRD和SEM分别观测制备过程中膜片成分的改变和膜片表面、断面形态结构的变化。用气体渗透分离装置对膜片透气性和选择分离性进行了测试,测得CO2/N2分离因子8-10之间,具有较好的应用前景。3.此外,本文以Li2ZrO3粉末为内核原料,用溶胶-凝胶法制备了高温下同时脱除CO2,SO2和NO的核壳型复合吸附剂CuO/γ-Al2O3/Li2ZrO3。XRD测试结果表明CuO高度分散于γ-Al2O3颗粒表面,用SEM观察了制备过程材料表面形态的变化。用烟气分析仪测试了复合吸附剂在250500℃温度范围内的脱碳、脱硫和脱硝性能,结果表明:400℃下,在30000·h-1空速下,脱碳、脱硫和脱硝效率人别为78%,95%和75%。经循环再生后脱除效率有所降低,但仍然保持较高脱除活性。4.最后,本文研究了CO2吸附原理和吸附模型,采用新的模型解法解得吸附质量与时间和温度的函数关系式:M=F（τ,α）,τ=f（t,T）,α=g（t,T）,然后用自编的VB程序以最小二乘法为原则代入实验数据进行拟合。其中T为热力学温度,τ和α为引入的关于时间和温度。使得模型算法更易扩展,模型参数关系更加明确,验证更加容易。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 当今燃煤二氧化碳的处理方法
• 1.2.1 溶剂吸收法
• 1.2.2 固体吸附法
• 1.2.3 低温蒸馏法
• 1.2.4 膜分离法
• 1.3 燃煤二氧化硫和氮氧化物的排放、危害及处理方法
• 1.3.1 燃煤二氧化硫和氮氧化物的排放及其危害
• 1.3.2 烟气脱硫脱硝工艺的发展
• 20₃ 烟气干法脱硫脱硝技术'>1.3.3 CuO/Al₂0₃烟气干法脱硫脱硝技术
• 1.4 吸附材料的制备
• 2 吸附剂的制备'>1.4.1 高温C0₂吸附剂的制备
• 1.4.2 包覆型粉体的制备方法
• 1.4.3 复合陶瓷膜的制备方法
• 20₃ 催化吸附剂的制备'>1.4.4 CuO/Al₂0₃催化吸附剂的制备
• 2 吸附机理和模型的发展'>1.5 C0₂吸附机理和模型的发展
• 1.6 本课题的研究内容、意义和创新点
• 2Zr0₃粉末的制备条件及性能的研究'>第二章 Li₂Zr0₃粉末的制备条件及性能的研究
• 2.1 前言
• 2Zr0₃ 粉末的制备'>2.2 Li₂Zr0₃粉末的制备
• 2.2.1 化学试剂
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2Zr0₃ 粉末的制备工艺及流程'>2.2.3 Li₂Zr0₃粉末的制备工艺及流程
• 2Zr0₃ 前驱体及其粉末的表征'>2.3 Li₂Zr0₃前驱体及其粉末的表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 前驱体的热分析
• 2Zr0₃ 晶形的影响'>2.4.2 焙烧温度对Li₂Zr0₃晶形的影响
• 2Zr0₃ 晶形的影响'>2.4.3 焙烧时间对Li₂Zr0₃晶形的影响
• 2.4.4 煅烧温度对晶体形貌的影响
• 2Zr0₃ 粉体恒温吸附过程分析'>2.4.5 Li₂Zr0₃粉体恒温吸附过程分析
• 2 吸附模型的研究'>2.5 C0₂吸附模型的研究
• 2.5.1 模型的建立
• 2.5.2 模型的求解
• 2Zr0₃ 吸附模型拟合结果'>2.5.3 Li₂Zr0₃吸附模型拟合结果
• 2.6 小结
• 4Si0₄粉末的制备条件及性能的研究'>第三章 Li₄Si0₄粉末的制备条件及性能的研究
• 3.1 化学试剂及实验仪器
• 3.1.1 化学试剂
• 3.1.2 主要实验仪器
• 4Si0₄ 粉末的制备工艺及流程'>3.2 Li₄Si0₄粉末的制备工艺及流程
• 3.3 材料的表征方法
• 3.4 结果与讨论
• 4Si0₄ 前驱体的热分解过程分析'>3.4.1 对Li₄Si0₄前驱体的热分解过程分析
• 4Si0₄ 晶形的影响'>3.4.2 焙烧温度对Li₄Si0₄晶形的影响
• 4Si0₄ 晶体粉末的形貌分析'>3.4.3 Li₄Si0₄晶体粉末的形貌分析
• 4Si0₄粉体对C0₂ 的吸附能力分析'>3.5 Li₄Si0₄粉体对C0₂的吸附能力分析
• 4Si0₄对C0₂ 吸附能力'>3.5.1 程序升温过程中Li₄Si0₄对C0₂吸附能力
• 4Si0₄ 粉体恒温吸附过程分析'>3.5.2 Li₄Si0₄粉体恒温吸附过程分析
• 4Si0₄ 吸附模型假定和拟合'>3.6 Li₄Si0₄吸附模型假定和拟合
• 3.7 小结
• 2Zr0₃和Li₄Si0₄膜片的制备及性能的研究'>第四章 Li₂Zr0₃和Li₄Si0₄膜片的制备及性能的研究
• 4.1 化学试剂及实验仪器
• 4.1.1 化学试剂
• 4.1.2 主要实验仪器
• 2Zr0₃/Li₄Si0₄ 膜片的制备工艺及流程'>4.2 Li₂Zr0₃/Li₄Si0₄膜片的制备工艺及流程
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 核壳型复合吸附剂的制备条件及性能的研究
• 5.1 化学试剂及实验仪器
• 5.1.1 化学试剂及所用气体
• 5.1.2 主要实验仪器
• 20₃ 溶胶的制备工艺及流程'>5.2 γ-Al₂0₃溶胶的制备工艺及流程
• 5.3 复合吸附剂核-壳结构的形成
• 5.4 复合吸附剂的制备工艺研究及表征
• 5.4.1 复合吸附剂的表面形态
• 5.4.2 复合吸附剂的XRD 分析
• 5.5 复合吸附剂性能评价
• 5.6 结果与讨论
• 5.6.1 反应温度对吸附剂脱硫脱硝活性的影响
• 5.6.2 反应时间对吸附剂脱硫脱硝活性的影响
• 5.7 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果
• 致谢
• 附件