水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响

采用程序控温电加热水平陶瓷管反应器,在N2气氛和模拟烟气气氛中、300~1100℃下,研究了水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响,并对反应前、后铁样品进行了X光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)等表征。结果表明,水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响较小。在N2气氛中,水蒸气参与了金属铁的氧化;与无水蒸气时相比,水蒸气存在时NO还原效率有所下降。当水蒸气含量从2.5%增加到7%时,由于水蒸气对金属铁的氧化导致其表面形成疏松的微观孔隙,使得NO的还原效率随水蒸气含量的增加而提高。甲烷则参与了铁氧化物的还原,使铁样品表面形成相对致密的Fe3O4和FeO氧化层,不利于NO与金属铁的接触,使得NO的还原效率低于无甲烷时的结果。在模拟烟气条件下,水蒸气使得甲烷在金属铁表面还原NO的效率增加;在1050℃下,反应段过量空气系数SR1=0.7和燃尽段过量空气系数SR2=1.2时,含7%的H2O和无H2O条件下脱硝效率分别为96.7%和90.6%。而在湿烟气中SO2使NO还原效率略有下降。持久性脱硝实验结果表明,当反应温度为1050℃时,在含7%的H2O、0.02%的SO2的模拟烟气中,1.14%的甲烷在金属铁表面持续50h都能保持90%以上的脱硝效率。     

生物质先进再燃脱硝特性研究

在沉降炉上研究草本类棉秆、玉米秸、麦秆和木本类梧桐木四种生物质的先进再燃脱硝特性。结果表明,20%再燃比、0.7s停留时间能保证较优的反应工况。在过量空气系数为0.7～0.9、氨氮摩尔比为1.5左右时,棉杆、玉米秸、麦秆以及梧桐木先进再燃在1273K附近取得最高脱硝效率,其值分别为89.11%、88.34%、90.33%和88.28%,比基本再燃提高25%～30%,并且生物质的再燃反应是脱硝的主体,喷氨是对再燃的完善和优化。在1173K～1473K四种生物质的先进再燃可以保持80%以上的脱硝效率。实验过程中加入100×10-6的碱金属、碱土金属添加剂可进一步改良先进再燃脱硝进程。碳酸钠、碳酸钾使脱硝效率提高3%～6%;醋酸钙在1273K～1473K将脱硝率提高4.0%～5.0%,在1073K～1273K作用规律不明显。     

生物质气再燃减少流化床N_2O排放的实验研究

以生物质气化气作为再燃燃料,在小型流化床反应器内进行了N2O脱除的实验研究。研究了生物质气化气投入位置、料层高度、再燃燃料比、烟气含氧量和反应温度对N2O排放的影响。结果表明,距布风板200 mm的B喷口较离布风板较近的A喷口(距布风板100 mm)对应的N2O转化率高;反应温度为850℃、按照N2O/N2配置模拟烟气的情况下,B口喷入生物质气量为1%,床料CaO高度为10 mm时N2O接近完全分解;反应温度为850℃,床层高度大于20 mm时,从B口喷入大于0.4%比例的生物质气对应N2O分解率高于95%。     

再燃温度对稻壳焦理化结构演变的影响

利用高温携带流装置,在再燃条件下获得了不同的稻壳焦。采用元素分析、SEM-EDS分析、N2吸附-脱附、ICP-AES、XRD和FT-IR等手段对稻壳焦的理化结构进行了分析与表征,研究了再燃温度对稻壳再燃过程中灰焦理化结构演化规律的影响。结果表明,在850-1 150℃,反应温度的升高有利于稻壳焦孔隙结构的形成,进而有效提高稻壳焦的比表面积和孔容积。稻壳中碱(土)金属元素的释放顺序为NaCaMgK,且随温度升高,碱(土)金属元素的释放率呈现先略微升高后逐渐趋于稳定的趋势,氯的释放率逐渐增大。稻壳焦中的碱(土)金属主要以硅酸盐和硫酸盐的形式存在。稻壳焦表面含氧官能团随反应温度的升高逐渐减少。     

生物质再燃降低NOx排放的实验研究

在多功能燃烧脱硝实验装置上,对不同种类生物质再燃脱硝进行了实验研究,考察了生物质特性及实验工况对脱硝效果的影响。结果表明,生物质再燃能够取得55%～70%的脱硝效率,当实验参数选取在一定范围内时,随着再燃区温度的提高、过量空气系数的减少、再燃比的增加、NO初始浓度的提高以及燃料粒径的减小,NOx还原率逐渐提高。相同的实验工况下,玉米秸再燃取得的脱硝效果最好,麦秸、花生壳次之,杨木屑较差。     

O2/CO2气氛下木醋调质石灰石再燃/先进再燃脱硝性能研究

在O₂/CO₂气氛下利用沉降炉脱硝实验台,对木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃/先进再燃脱硝特性以及氨气的选择性非催化还原脱硝特性进行了研究。结果表明,木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率随温度的升高先提高后降低,1 323 K时获得最高脱硝效率分别为82.70%和78.52%;再燃脱硝氧浓度不宜过高,合适的再燃比为14%~17%,停留时间为0.8 s。氨气选择性非催化还原脱硝在1 173 K时获得最高脱硝效率为95.41%,温度窗口为1 142~1 335 K;随着氧浓度的增大,脱硝效率不断降低,反应适宜的氨氮比为1.5,停留时间为1.2 s。按氨氮比0.75向再燃区喷入氨气可显著提高木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率,同时脱硝反应适宜的温度区间也得到显著拓宽,1 323 K时两者获得的先进再燃脱硝效率分别为93.49%和92.79%。     

Mn/Fe负载活性炭低温脱硝协同脱汞实验研究

采用等体积浸渍法制备了Mn/Fe负载椰壳活性炭碳基催化剂Mn-Fe/HAC。在固定床实验台上研究了反应温度、体积空速(GHSV)和烟气组分(O₂、CO、SO₂和Hg⁰)对其脱硝脱汞性能的影响,并结合N2吸附-脱附、NH₃-TPD、H2-TPR、Hg-TPD以及瞬态反应测试,分析其脱硝脱汞机理。结果表明,Mn/Fe负载可以明显促进碳基催化剂低温脱硝活性,添加Fe可提高催化剂表面的酸性位点数量和还原能力,促进催化剂活性,进一步拓宽其脱硝温度窗口;7Mn0.5Fe/HAC催化剂在160-220℃下的脱硝效率可达95%,且在100-220℃下Mn和Fe负载碳基催化剂脱汞效率基本稳定在100%。7Mn0.5Fe/HAC催化剂脱硝效率随着GHSV增加而逐渐降低,而脱汞效率则保持稳定。无O₂条件下Mn/Fe催化剂脱硝效率较低(约为50%),而当烟气中O₂含量大于6%,其脱硝效率可稳定在95%以上。Hg⁰浓度对Mn/Fe负载碳基催化剂脱硝性能影响不大...     

丙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器、N2气氛和模拟烟气气氛以及300~1 100℃时,对丙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究,并且与相同条件下甲烷在金属铁表面脱硝的效率进行了对比。结果表明,丙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。N2气氛中在500~900℃,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同含量的甲烷脱硝效率,900℃以上丙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%,并且与甲烷的脱硝效率差别很小。模拟烟气条件下,当过量空气系数SR1小于1.0时,温度超过900℃后丙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上,且有、无燃尽的情况下,NO的还原率相差不大。在相同的条件下,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同条件下甲烷的脱硝效率。SO2对丙烷在金属铁表面还原NO的效率影响很小,可以忽略。     

烟气共存成分对微波辐照活性炭同时脱硫脱硝的影响研究

研究了O₂、CO₂以及水蒸气等各种烟气共存成分对微波辐照活性炭脱硫脱硝的影响。实验结果表明,SO₂对烟气脱硝有一定的抑制作用;烟气中水蒸气会抑制脱硫,低浓度水蒸气含量使脱硝效率上升,但高浓度水蒸气使脱硝效率下降;O₂和CO₂的存在可在一定程度上促进脱硫脱硝,但高浓度的O₂和CO₂会造成活性炭的损耗,从而抑制与脱硫和脱硝有关的还原反应。采用此方法可有效脱除烟气中SO₂和NO_{x,其脱除效率均在90%以上。}     

CuO/SC低温催化氧化脱除烟气中的NO

以活性半焦为载体,采用等体积浸渍硝酸铜溶液制备CuO/SC催化剂低温脱除模拟烟气中的NOx,利用BET、XRD和SEM等方法对CuO/SC催化剂进行了表征,采用固定床反应器测定了CuO/SC催化剂的脱硝活性,考察了CuO负载量、反应温度、空速、O2浓度和H2O浓度对CuO/SC脱硝率的影响。结果表明,当CuO/SC催化剂的载铜量为1%、温度70℃、空速1000h-1、O2浓度5%时,脱硝效果最好;并且分析了水蒸气对催化剂脱硝性能的毒化作用,当水蒸气存在时,穿透时间由15h缩短为9.5h。     

水蒸气和α-Fe_2O_3对铈改性半焦脱除单质汞的影响研究

采用浸渍法制备了铈改性半焦吸附剂(Ce/SC),在小型固定床反应器上考察了水蒸气和α-Fe_2O_3对Ce/SC脱除Hg~0性能的影响,并利用X射线衍射、H2程序升温还原、X射线光电子能谱等分析手段对其机理进行了探究。结果表明,水蒸气会明显抑制Ce/SC对单质汞的脱除效率,原因是H_2O分子在活性组分CeO_2表面发生解离,部分晶格氧转化成Ce-OH官能团,从而导致其氧化活性的降低;α-Fe_2O_3的加入对Ce/SC的脱汞性能无显著影响;当水蒸气和α-Fe_2O_3同时存在时,Ce/SC的脱汞效率虽然有所降低,但是其降低幅度明显低于水蒸气单独作用时的情况,这主要是因为水蒸气与α-Fe_2O_3作用增加了其表面化学吸附氧的含量,提高了α-Fe_2O_3的氧化活性,促进单质汞的氧化和脱除。     

Fe/Al-SiO_2复合金属氧化物用于燃煤烟气中汞的脱除

采用不同方法制备了Fe/Al-SiO_2复合金属氧化物以模拟赤泥成分,模拟烟气条件下考察其脱汞性能。结果表明,采用溶胶-凝胶法得到的复合金属氧化物在300-450℃具有优异的脱汞性能,其中,在350℃、3 h内平均脱汞率可达到94.8%。Fe_2O_3为Hg~0的氧化提供了晶格氧和化学吸附氧;SiO_2形成的硅溶胶则有利于活性组分Fe_2O_3的分散,增强了Hg~0与活性位的接触。基本模拟烟气中存在微量HCl和NO时,Hg~0脱除率接近100%;当烟气中存在0.2 mL/min、0.4 mL/min的SO_2时,吸附剂的平均脱汞率分别降至90.7%、53.4%,这主要是由于SO_2与Fe_2O_3反应生成Fe_2(SO_4)_3,导致了Fe_2O_3的失活并抑制汞的脱除。     

三维有序大孔Fe2O3为载氧体的生物质热解气化实验研究

采用无皂乳液聚合法制备单分散聚苯乙烯(PS)微球,并以硝酸盐为原料、柠檬酸为络合剂制备前驱体溶液,通过浸渍和焙烧得到三维有序大孔(3DOM) Fe₂O₃,并通过SEM、XRD、BET和压汞仪对3DOM Fe₂O₃进行表征。采用热重-质谱联用的方法,以3DOM Fe₂O₃为载氧体,对生物质在氦气气氛下的热解气化进行研究,探讨3DOM Fe₂O₃载氧体在生物质热解气化过程中代替纯氧、富氧空气或水蒸气作为生物质气化剂的可能性,并与普通分析纯Fe₂O₃与生物质热解气化的实验结果进行对比,分析3DOM Fe₂O₃在提高载氧体反应活性方面的作用。结果表明,制备的3DOM Fe₂O₃呈现排列规整的三维有序多孔形貌,层与层间通过三维孔道相连,并呈交替排列。通过与分析纯Fe₂O₃的XRD谱图对比,发现制得的3DOM Fe₂O₃为纯Fe₂O₃,无其他杂质相的存在。热重-质谱分析结果表明,Fe₂O₃作为载氧体在高温段促成了生物质气化反应的发生。与分析纯的Fe₂O₃作对比,当载氧体为三维有序大孔结构时,生物质的最大失重率提高了7.1%,气化阶段的最大失重速率提高了0.29%/min,CO、CO₂、CH₄在高温段出现两个连续的析出峰。     

超声波辅助浸渍法制备Fe2O3/γ-Al2O3 吸附剂脱除气相As2O3的实验研究

使用超声波辅助浸渍法制备Fe₂O₃/γ-Al₂O₃吸附材料,在固定床反应器上研究了前驱液浸渍浓度、载体粒径、吸附温度、吸附气氛等因素对脱除气相As₂O₃的影响。结果表明,前驱液浸渍浓度、载体粒径等会对吸附剂表面结构产生影响从而影响其砷吸附性能;吸附温度升高增强了其化学吸附能力,然而,温度过高反而造成吸附性能的下降;吸附气氛中的SO₂促进了Fe₂O₃/γ-Al₂O₃对气相砷的吸附,气氛中的NO对气相砷的影响不大。     

Al-PILC负载铜铁复合氧化物在NH_3选择性催化还原NO中的协同作用

以铝柱撑黏土(Al-PILC)为载体采用旋蒸-浸渍法制备了铜、铁单组分催化剂(Cu/Al-PILC、Fe/Al-PILC)和铜铁复合氧化物催化剂(CuFe/Al-PILC),并测试其对NH3选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)的催化性能。相比Cu/Al-PILC和Fe/Al-PILC,CuFe/Al-PILC活性组分之间有较强的协同效应,显著提高了催化剂的脱硝性能。CuFe/Al-PILC在290~450℃的宽温区NO脱除效率保持90%以上,最高可达97%。此外,CuFe/Al-PILC有很好的抗水抗硫性能,催化活性不受反应气氛中水蒸气和SO2的影响。XRD、UV-vis、XPS和N2吸附脱附表征结果表明,CuFe/Al-PILC中活性组分相互作用生成CuFe2O4,有利于活性组分在载体表面分散,提高催化剂的比表面积和孔容;H2-TPR表征结果表明,CuFe/Al-PILC活性组分在载体表面生成的CuFe2O4改善了催化剂氧化还原性能,有利于NH3对NO选择性的还原;NH3-TPD表征结果表明,CuFe/Al-PILC在较宽温区范围内对NH3都有很好的吸附,这有利于提高催化剂表面还原物种的浓度,从而保证催化剂在较宽温区范围内具有较好的NO脱除效率。     

Co/Fe/Al2O3/cordierite催化C3H6选择性还原NO的实验研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了负载于蜂窝陶瓷上的Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,在陶瓷管流动反应器上对其催化C₃H₆选择性还原NO的性能进行了测试。结果表明,该催化剂表现出最优脱硝性能,在模拟烟气条件下,当反应温度为550 ℃时可实现97%的脱硝效率。Co的引入可显著增强Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂抗SO₂和H₂O的能力。在模拟烟气中同时引入0.02% SO₂和3% H₂O后,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite的脱硝性能受影响甚微,当反应温度高于500 ℃时1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化C₃H₆还原NO的效率均可达到90%以上;相比之下,未经Co修饰的催化剂Fe/Al₂O₃/cordierite脱硝性能受到了严重的抑制,在整个反应温度区间（200-700 ℃）内,其催化C₃H₆还原NO的效率最高不足50%。XRD和SEM表征结果表明,经过适量的Co修饰后的1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite表面变得更疏松,且形成了以钴铁和钴铝双金属氧化物为主要成分的球状晶粒。H₂-TPR结果表明,相比于Fe/Al₂O₃/cordierite,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite有更好的低温还原性能。Py-FTIR结果表明,Co的引入可使催化剂表面的Lewis酸明显增加,且生成了Brønsted酸。N₂吸附-脱附表征结果表明,Co可增大催化剂的比表面积。     

Effective Removal of Tetracycline by Using Biochar Supported Fe3O4 as a UV-Fenton Catalyst

Novel Fe3O4-decorate hierarchical porous carbon skeleton derived from maize straw(Fe3O4@MSC)was synthesized by a facile co-precipitation process and a calcination process,which was developed as a UV assisted heterogeneous Fenton-like catalyst.The as-synthesized catalysts were characterized via X-ray powder diffraction(XRD), scanning electron microscope(SEM),transmission electron microscope(TEM),Brunauer-Emmet-Teller(BET)and vibrating sample magnetometer(VSM)at room temperature.The morphology and structure analysis revealed that the as-prepared Fe3O4@MSC retained the original pore morphology of the maize straw material.The non-uniform poly- hedral Fe3O4 grew on the whole surface of the MSC,which reduced the aggragation of Fe3O4 and provided more active sites to strengthen the UV-assisted Fenton-like reaction.As a result,the tetracycline(TC)degradation efficiency after 40 min reaction and total organic carbon(TOC)removal efficiency after 2 h reaction of Fe3O4@MSC catalyzing UV-Fenton system reached 99.2%and 72.1%,respectively,which were more substantial than those of Fe3O4@MSC/H2O2(31.5%and 2%),UV/H2O2 system(68%and 23.4%)and UV/Fe3O4/H2O2(80% and 37.5%).The electron spin resonance(ESR)results showed that the ·OH played an important role in the catalytic reaction.A possible degradation pathway of TC was proposed on the basis of the identified intermediates.Overall,the UV assisted heterogeneous Fenton-like process in Fe3O4@MSC improved the cycle of Fe^3+/Fe^2+ and activated the interfacial catalytic site,which eventually realized the enhancement of degradation and mineralization to tetracycline.     

Ultraviolet Light Assisted Hierarchical Porous Fe2O3 Catalyzing Heterogeneous Fenton Degradation of Tetracycline Under Neutral Condition with a Low Requirement of H2O2

The hierarchical porous Fe2O3 particles as a novel ultraviolet light assisted heterogeneous Fenton catalysts were synthesized by bio-template synthesis method using iron nitrate as precursor at high temperature of around 550℃.The hierarchical porous structured Fe2O3 was endowed with a large surface area and abundant pore volume,leading to the exposure of more active sites and rapid mass transfer.The synergistic effect of UV irradiation and hie-rarchical porous Fe2O3 improved the photo-degradation efficiency of Tetracycline(TC).The degradation efficiency of Fe203 catalyzing UV-Fenton system reached 97.4%after 60 min reaction,which was more substantial than Fe2O3 catalyzing Fenton system(7.6%)and UV/H2O2 system(59.2%).Moreover,the hierarchical porous Fe2O3 catalyzing UV-Fenton system exhibited an extremely wide pH range(from 3.0 to 9.0,from mildly acidic to slightly alkaline)for efficient degradation of TC.Simultaneously,the extraordinary higher degradation efficiency was based on 10 mmol/L H2O2 concentration,which was low requirement for H2O2,Further,the hierarchical porous Fe2O3 can be used for five consecutive cycles with over 95%of the original degradation efficiency.Ultraviolet light assisted heterogeneous Fenton reaction in the hierarchical porous Fe2O3 improved the·OH and O2·^-production and Fe(III)/Fe(II)redox cycle,which consequently achieved an excellent degradation rate.