碳基微孔材料常温去除NO及其再生性能的研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdhanxiaoxing
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氮氧化物可以引起酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题,其主要由一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)组成,NO2易于吸附且易溶于水较易去除。虽然NO在氧气存在下可被氧化为NO2,但在低浓度下,受反应动力学限制,氧化反应速率很低。所以有效地去除低浓度的一氧化氮是治理氮氧化物的关键。碳基微孔材料可在常温下将NO催化氧化为NO2,但目前有关研究都是在相对湿度为零的条件下进行,其考察的是碳基材料吸附饱和后对NO的催化氧化能力。考虑到实际废气的湿度不可能为零,只依靠其催化氧化能力不足以有效去除NO,本研究利用ACF、AC在吸附初期对NO兼具吸附和氧化的特性,考察了一定时间段内一定相对湿度下ACF对NO的去除能力,采用了高温煅烧、掺氮改性、碱液浸渍、负载金属氧化物等方法对AC、ACF进行改性,通过苯吸附、FT-IR、XRD、XPS、BET、TG-DTG、TPD等测试手段分析样品的微孔体积、表面官能团及吸附性能,利用以上改性后样品对一定相对湿度的NO模拟废气进行了动态吸附实验,考察了不同改性方法和不同改性条件对材料物理化学性质与吸附性能的影响,并分析了改性碳材料对NO吸附性能提升的原因。吸附实验结果表明:高温处理AC、ACF后,两者吸附性能皆有明显提升,1000℃处理后的ACF在150 min内对NO的整体去除率为96.1%,比原样提高19.1%,经掺氮改性和碱液浸渍后ACF对NO的整体去除率较原样最高分别提升18.1%、12.6%,AC则最高分别提升15.6%、10.1%。XPS分析表明掺氮后碳表面的氮相对含量增加,KOH浸渍后有钾残留,苯吸附、酸碱分析及红外分析表明以上三种方法改性后的样品微孔体积有增有减,但酸度值皆降低,碱度值皆提高。AC负载Cu、Co、Mn、K等金属氧化物后,对去除NO的提升效果在60-80 min后才开始显现,5%负载量效果较好。加热再生后AC、ACF吸附性能皆出现下降,ACF重复使用七次后150 min内对NO整体去除率较原样降低19.8%,酸度值提高25.4%,碱度值降低90.1%。虽然掺氮改性后的ACF加热再生后吸附性能也出现了下降但仍高于使用同样时间的ACF原样,这说明再生后掺入的氮原子仍有利于NO吸附。对使用过的AC尝试了碱液再生法并首次使用了反应釜内氨水再生法,碱液再生AC的温度为95℃,再生后AC吸附能力基本保持不变。反应釜内氨水再生的温度为180℃,再生后AC吸附能力较原样提高5.8%,表面碱度值较原样提高3.9%,较加热再生后提高115.2%。结合表征分析推测NO在碳材料微孔内同时发生了吸附和氧化,氧化产物NO2可氧化碳材料表面并形成酸性官能团从而不利于NO吸附或氧化,碱液再生或反应釜内氨水再生可有效去除酸性官能团从而使碳材料保持对NO的吸附能力。
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