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氮氧化物(NOX)作为三大气态污染物之一,其治理问题一直是环保领域的难题。机动车尾气中NOX是污染源之一,因此控制治理机动车尾气成为近年来的研究热点。低温等离子体耦合高效选择性还原催化剂(SCR)去除机车尾气中的NOX具有处理效率高,能量利用率高,能同时处理多种污染物等优点,具有较好的研究应用前景。
实验采用自制同轴线-筒式反应器,利用双极性脉冲介质阻挡方式对反应器进行结构优化(放电间隙、放电长度、电极形状)。在得到反应器最佳参数的基础上,进行电气参数、气体参数(气体组成、HC种类及添加量、反应气体温度等)对NOX去除影响的研究。制备了La0.7Sr0.3MnxMo0.7-xFe0.3O3系列复合型氧化物催化剂,并使用SEM、XRD技术对所做催化剂进行了表征。最后进行等离子体协同复合型催化剂选择性催化还原NOX的实验研究。实验结果表明:
(1)反应器内的有效电流、功率和NO转化率均随着峰值电压的升高而增大。对于两种电极形状(直棒状和螺纹状)当电压相同时,螺纹状电极的螺纹区域会积累更多的电荷,反应器内注入有效功率也更高;放电间距越小,场强越大,相同能量注入时NO去除率越高;放电长度增加提高了气体停留时间,但过长的放电区域会导致放电能量的浪费。线-筒式放电反应器经结构优化后,确定高压极形状为螺纹状,放电间距为4mm,放电长度为280mm,此时NO转化率最高。
(2)脉冲频率增大有利于NO转化率和NOX去除率的提高,当脉冲频率增加到一定值后,NO转化率和NOx去除率增加不再明显且有下降趋势。在脉冲频率为60Hz时,去除NOX的效果最佳。
(3)在N2/O2/NO体系中,相同实验条件下气体流量越大,气体的停留时间越短, NO转化率和NOX去除率也越低;随着氧浓度增加,由于O2电负性与高能电子生成的O-、O2-、O3-离子影响气体放电,使NO转化率与NOX去除率都呈减少趋势;相同实验条件下,NOX去除率随着NOX初始浓度的增加呈现先增大后减少的趋势。实验确定气体参数气体流量Q为1L/min、氧浓度为6%、NOX初始浓度为300ppm。
(4)在N2/O2/NO/HC体系中,HC的种类和添加量对NO转化和NOX去除有一定影响,且比未添加还原气时有很大提升。添加C3H6时还原性比CH4更好,这与CH4活化所需能量更大有关。气体中添加C3H6后,电晕放电生成的O和OH自由基将引发C3H6的链式氧化反应,提高了NO转化率与NOX去除率。C3H6与NOX浓度比为1.5时效果最佳,NO转化率为64.56%,NOX的去除率为22.57%
(5)在N2/NO/6%O2/C3H6体系中,反应气体温度对于NOX去除率的提升比较明显。在温度为300℃时,NO转化率和NOX去除率分别为77.6%、32.3%。
(6)通过运用XRD、SEM对催化剂进行表征分析,La0.7Sr0.3MnXMo0.7-XFe0.3O3中X=0.6时,催化剂较之其他几组更为蓬松,分散度高,孔道结构多;实验单催化剂对NOX去除的结果也显示La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3的效果最好,在反应气体温度300℃时,NO的转化率为36%;NOX的去除率为31%。温度对于催化剂效果提升比较明显:以La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3为例,在反应气体温度为50℃时NOX去除率为20.5%;温度为300℃时,NOx去除率为31%,但温度过高会影响催化剂的活性。
(7)双极性脉冲放电协同催化剂有利与提高富氧条件下的NOX去除率。在反应气体温度为300℃时,La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3耦合双极性高压脉冲放电选择性催化还原NOX的效果最佳。NO转化率和NOX的去除率分别为93.82%、75.63%。
实验采用自制同轴线-筒式反应器,利用双极性脉冲介质阻挡方式对反应器进行结构优化(放电间隙、放电长度、电极形状)。在得到反应器最佳参数的基础上,进行电气参数、气体参数(气体组成、HC种类及添加量、反应气体温度等)对NOX去除影响的研究。制备了La0.7Sr0.3MnxMo0.7-xFe0.3O3系列复合型氧化物催化剂,并使用SEM、XRD技术对所做催化剂进行了表征。最后进行等离子体协同复合型催化剂选择性催化还原NOX的实验研究。实验结果表明:
(1)反应器内的有效电流、功率和NO转化率均随着峰值电压的升高而增大。对于两种电极形状(直棒状和螺纹状)当电压相同时,螺纹状电极的螺纹区域会积累更多的电荷,反应器内注入有效功率也更高;放电间距越小,场强越大,相同能量注入时NO去除率越高;放电长度增加提高了气体停留时间,但过长的放电区域会导致放电能量的浪费。线-筒式放电反应器经结构优化后,确定高压极形状为螺纹状,放电间距为4mm,放电长度为280mm,此时NO转化率最高。
(2)脉冲频率增大有利于NO转化率和NOX去除率的提高,当脉冲频率增加到一定值后,NO转化率和NOx去除率增加不再明显且有下降趋势。在脉冲频率为60Hz时,去除NOX的效果最佳。
(3)在N2/O2/NO体系中,相同实验条件下气体流量越大,气体的停留时间越短, NO转化率和NOX去除率也越低;随着氧浓度增加,由于O2电负性与高能电子生成的O-、O2-、O3-离子影响气体放电,使NO转化率与NOX去除率都呈减少趋势;相同实验条件下,NOX去除率随着NOX初始浓度的增加呈现先增大后减少的趋势。实验确定气体参数气体流量Q为1L/min、氧浓度为6%、NOX初始浓度为300ppm。
(4)在N2/O2/NO/HC体系中,HC的种类和添加量对NO转化和NOX去除有一定影响,且比未添加还原气时有很大提升。添加C3H6时还原性比CH4更好,这与CH4活化所需能量更大有关。气体中添加C3H6后,电晕放电生成的O和OH自由基将引发C3H6的链式氧化反应,提高了NO转化率与NOX去除率。C3H6与NOX浓度比为1.5时效果最佳,NO转化率为64.56%,NOX的去除率为22.57%
(5)在N2/NO/6%O2/C3H6体系中,反应气体温度对于NOX去除率的提升比较明显。在温度为300℃时,NO转化率和NOX去除率分别为77.6%、32.3%。
(6)通过运用XRD、SEM对催化剂进行表征分析,La0.7Sr0.3MnXMo0.7-XFe0.3O3中X=0.6时,催化剂较之其他几组更为蓬松,分散度高,孔道结构多;实验单催化剂对NOX去除的结果也显示La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3的效果最好,在反应气体温度300℃时,NO的转化率为36%;NOX的去除率为31%。温度对于催化剂效果提升比较明显:以La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3为例,在反应气体温度为50℃时NOX去除率为20.5%;温度为300℃时,NOx去除率为31%,但温度过高会影响催化剂的活性。
(7)双极性脉冲放电协同催化剂有利与提高富氧条件下的NOX去除率。在反应气体温度为300℃时,La0.7Sr0.3Mn0.6Mo0.1Fe0.3O3耦合双极性高压脉冲放电选择性催化还原NOX的效果最佳。NO转化率和NOX的去除率分别为93.82%、75.63%。