CF4在几种金属氧化物上的分解反应

论文摘要

全氟烃（perfluoro-carbons,简写为PFCs）气体有极高的温室效应潜值（GWP）,如CF4的GWP值是CO2的6500倍,寿命长达50000年。1997年12月通过的《京都议定书》明确提出要限制二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氢氟烃、全氟烃、六氟化硫等六种主要温室气体的排放量。我国的PFCs排放主要来自铝生产过程,主要排放物是CF4,C2F6排放量是CF4的1/10。这些CF4如不经处理直接排放到大气中,会对生态环境造成严重危害。本论文以CF4为研究对象,通过无水分解条件下CF4与固体脱氟剂之间的气-固相反应,脱氟剂中的金属氧化物转化为金属氟化物,将CF4中的氟元素矿化固定。目前,无水分解CF4的研究报道极少,国内尚无人涉及。先考察了无水条件下CF4在几种单一金属氧化物上的分解反应,筛选出了活性较高的Al2O3;通过对助剂类型、负载方法、负载量的考查,优化了改性Al2O3系列脱氟剂的制备参数;研究了不同反应温度下CF4在改性Al2O3上的分解活性。在几种单一的金属氧化物MxO（yAl2O3、CaO、MgO）中,分别加入NaF、Si,制备出了具有高反应活性的三元混合物NaF-MxOy-Si,推测了这类脱氟剂上CF4分解反应的机理,取得了如下结果:（1）在单一金属氧化物中,γ-Al2O3与CF4反应的活性较高。碱土金属氧化物MgO、CaO几乎没有活性,因为高温反应时碱土金属氧化物的比表面积急剧下降,甚至烧结。（2）反应温度对无水条件下,γ-Al2O3上CF4分解反应的初活性和活性下降趋势有显著影响。825900°C下,CF4在Al2O3上的转化率随反应温度的升高而逐渐提高,当反应温度超过850°C时,CF4分解产生的强放热效应使未反应的γ-Al2O3发生了α相变,导致Al2O3很快失活。反应温度越高,γ-Al2O3的α相变越快,活性下降也越快。（3）改性Al2O3与CF4反应时,碱性金属助剂优先发生氟化反应,生成了相应的金属氟化物。不同金属与F发生反应的顺序为:Mg、Ba、La、Ce > Al > Zn, Ni。CF4在MgO-Al2O3上分解时,Mg物种的氟化反应及其产生的强放热效应导致了MgO-Al2O3中MgAl2O4结构的解体。在Al2O3表面负载助剂P、Ni,提高了γ-Al2O3的热稳定性,抑制了CF4高温分解时未反应的Al2O3发生α相变,使更多的γ-Al2O3参与了CF4的分解反应。（4）在几种金属氧化物MxOy（Al2O3、CaO、MgO）中,分别加入NaF、Si,显著提高了CF4的转化率,850℃时可实现CF4的全转化。NaF-CaO-Si中的NaF在反应中可循环利用,而NaF-Al2O3-Si和NaF-MgO-Si中NaF转化成了惰性的复合金属氟化物,所以NaF-CaO-Si的稳定性优于NaF-Al2O3-Si和NaF-MgO-Si。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述与选题
• 1.1 研究背景
• 1.2 文献综述
• 1.3 论文选题和研究内容
• 2 实验方法
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 脱氟剂制备
• 2.3 脱氟剂的结构表征
• 4 的分解反应'>2.4 CF₄的分解反应
• 4 分解反应'>3 单一和二元金属氧化物上的CF₄分解反应
• 4 分解反应'>3.1 单一金属氧化物上的CF₄分解反应
• 2O₃上CF₄ 分解反应的影响'>3.2 反应温度对γ-Al₂O₃上CF₄分解反应的影响
• 2O₃对CF₄ 分解反应的活性'>3.3 等体积浸渍法制备的改性Al₂O₃对CF₄分解反应的活性
• 2O₃上CF₄ 分解反应活性的影响'>3.4 助剂负载量对Al₂O₃上CF₄分解反应活性的影响
• 2O₃对CF₄ 分解反应的活性'>3.5 共沉淀法制备的改性Al₂O₃对CF₄分解反应的活性
• 2O₃ 的反应活性'>3.6 900℃下改性Al₂O₃的反应活性
• 3.7 小结
• xO_y-Si 系列脱氟剂上的CF₄ 分解反应'>4 NaF-M_xO_y-Si 系列脱氟剂上的CF₄分解反应
• 4在NaF-M_xO_y-Si 脱氟剂上的分解反应活性'>4.1 CF₄在NaF-M_xO_y-Si 脱氟剂上的分解反应活性
• xO_y-Si 的XRD 分析'>4.2 反应后NaF-M_xO_y-Si 的XRD 分析
• xO_y-Si 脱氟剂中单质Si 和NaF 的作用'>4.3 NaF-M_xO_y-Si 脱氟剂中单质Si 和NaF 的作用
• 4在NaF-M_xO_y-Si 脱氟剂上的分解机理'>4.4 CF₄在NaF-M_xO_y-Si 脱氟剂上的分解机理
• 4.5 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文目录