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改性整体式活性炭净化NO
作者:管理员    发布于:2017-12-07 14:02:52    文字:【】【】【

  改性整体式活性炭净化NO张豪杰姚炜刘洋周洁何丹农(纳米技术及应用国家工程研究中心,上海200241)面形貌特性、元素组成、比表面积及孔径分布等进行表征,并分别考察了KOH溶液浓度、干燥温度、反应空速、反应温度等因素对活性炭净化NO性能的影响。结果表明,活性炭的微孔结构对NO的吸附起主要作用,NO的净化效率随空速的增加而降低,随反应温度升高先升高后降低。经20KOH溶液改性,30尤干燥的活性炭材料具有较丰富的微孔结构和孔容,在30T:和空速15000h―1的反应条件下,材料对NO的净化效率可达到73左右。

  氮氧化物是大气污染的主要物质,随着汽车用量的大幅度增加,以及锅炉等设备的尾气排放,氮氧化物的污染已成为环境治理的一个重要课题1.常用净化NOx的方法可分为:还原法、吸收法、吸附法、等离子体活化法和微生物法等0.其中吸附法工艺相对简单,易于自动化控制,能有效捕集浓度很低的有害物质并且可实现废物资源化而成为一种非常重要的方法。此法所利用的多孔固体吸附剂主要有杂多酸、分子筛、活性炭、活性焦、天然沸石、硅胶及含NH3的泥煤等M.活性炭是一种孔隙结构发达、比表面积大的多孔性材料,具有很强的吸附性能,可以应用到大气中低浓度NOx的吸附净化。活性炭吸附性能主要由其特殊的表面结构和表面化学特性所决定,因此可对活性炭进行改性,使其结构和表面基团改变以此增强其吸附性能。目前,活性炭表面化学改性的主要方法包括:氧化改性、还原改性、负载金属改性及添加化学物质改性等6540.添加化学物质的方法有:(1)氧化活性炭表面,赋予和增加有利于吸附NOx的官能团;(2)活性炭在特定溶液中浸渍,改变其孔结构性能,提高吸附能力。YoungWhanLee等9研究了有氧条件下,浸渍KOH的活性炭用于固定床吸附NO和NO.的性能。

  结果发现,在有O2存在的条件下,NO2与OH―发生反应,生成的NO在与化学吸附炭表面的O2发生氧化反应生成NO,。该过程循环进行,逐步实现对基金项目:上海市科委社发重点项目(10231201800);上海市科技创-08-08;修订日期:2011-10-17:张豪杰(1980~),男,硕士,工程师,主要从事空气污染治理研究工作。E-mail:hzhangnercn.com.cn还研究了浸渍KOH的活性炭(KOH4AC)单独或同时吸附NOx和SO2的性能,通过化学反应和表面化学特征的分析可以推断浸渍剂在吸附NO-NO,和SO,过程中起了很重要的作用。Neathery等通过研究发现,由于微孔(孔径小于2nm)比中孔和大孔具有更大的比表面积和孔容积,因此其在活性炭吸附净化气体的过程中起主要作用。而NO的分子动力学直径是0.317nm12,活性炭中孔径0.393nm的较大的微孔比表面积和孔容更容易对其吸附。因此,经20KOH改性保留有较大微孔比表面积和孔容的活性炭对NO具有好的净化效果。

  液能够较充分的将活性炭内部多余的灰分腐蚀掉,使得较多的微/介孔结构显露出来;而较高如30KOH溶液同时将活性炭内部的灰分和部分孔结构腐蚀掉,造成比表面积、孔容等参数相应降低,10KOH溶液对活性炭改性的效果则与之相反;(2)KOH溶液的加入部分堵塞了活性炭的孔结构,造成改性后材料的比表面积和孔容相对未改性样品出现不同程度的降低;(3)结合上述3种表征手段,浓度为20KOH改性溶液既提供了足够的OH活性位参与反应;又保留了较大的比表面积和孔容,具有较强的吸附能力;(4)适量的KOH溶液在脱水后可以较均匀的负载于材料表面,而不堵塞内部孔结构和掩盖C活性位。上述因素使得经20KOH改性的活性炭对NO具有73的净化效率。

  2.2干燥温度的影响是活性炭样品在20KOH溶液中浸渍,再经不同温度干燥改性后的NO吸附净化效果图。由图可看出,经浸渍改性后活性炭材料对NO的净化能力较空白样品均有不同程度的提高;浸渍改性后的活性炭对NO的净化能力随干燥温度的提高而降低,30°C干燥时的活性炭对NO的净化净化效果好,在73后续实验中活性炭材料制备采用30C干燥方式。

  由实验现象分析:样品在30C干燥时,水分流失较少、基本无KOH结晶现象;而120C干燥时,样品中水分蒸发很快,KOH结晶析出非常明显,可在活性炭表面看到大量的KOH晶体。而大量析出的KOH晶体既掩盖了活性炭表面的活性位;又堵塞了活性炭内部孔结构,破坏了其孔洞畅通,降低了有效面积,从而导致NO净化效率明显降低。

  2.3反应空速的影响燥时活性炭对净化NO效率的对比图。由图可看出,活性炭对NO的净化效率随空速的增大而降低,空速为3000h―1时效率达到82.这是因为空速的增大,气体与活性炭材料接触反应时间变短(见表3),气体来不及扩散到活性炭表面,造成与其表面活性位的反应几率减少,致使其对NO的净化效率降低。

  表3空速、流速、气体流量和反应接触时间对应表Table空速流速流量接触时间2.4反应温度的影响是不同反应温度对活性炭净化NO效率的影响。考虑到实际应用情况,本文在60的空气湿度下,选定5个温度点考察不同反应温度对活性炭净化NO效率的影响。由图可以看出,NO的净化效率随反应温度升高呈先升后降趋势,30°C时效率高为73,80C时效率低在15左右。这是因为10C时反应温度偏低,NO分子热运动不激烈,与活性炭表面活性位反应较弱。而气体中4O的含量较高,NO与H2O在其表面存在竞争吸附,且H2O的吸附能力大于NO的吸附能力,终H2O吸附占据优势,导致活性炭对NO的净化效率偏低。30C时情况却相反,较高的反应温度使得NO分子热运动加强,与活性炭表面活性位反应较强,在与H2O竞争吸附中取得优势,进而获得较高NO净化效率。NO的吸附和脱附在反应过程中是同时存在的,但在50°C和80°C的较高温度下,NO脱附速率高于吸附速率,使得NO的净化效率明显下降1819. 2.5净化机理根据本实验的反应过程分析,NOx的吸附转化机理是NO2、NO、O2首先吸附在活性炭上,在其活化位上吸附态的NO被氧化为NO2(反应1)。某些活性炭有使NOx成为化的还原能力,发生反应(2)。

  经过KOH改性的活性炭吸附净化NOx时主要发生反应(3)、(4)。

  上述反应说明,适量的KOH和充裕的O2对具有一定比表面积的活性炭材料吸附净化NOx是必要且有效的。

  3结论整体式活性炭材料用浓度为20的KOH溶液改性时,对NO的净化效率好,在平均73样品适宜干燥温度为30C,可使得KOH均匀负载于整体式活性炭中,并无KOH晶体析出。改性整体式活性炭对NO的净化效率随反应空速的增大呈降低趋势,随反应温度升高呈先升高后降低趋势。

  研究还发现,微孔对NO气体的吸附起主要作用,经20KOH改性的整体式活性炭保留较大的微孔比表面积和孔容,对NO的净化效率好。

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