论文部分内容阅读
氮氧化物（NOx）是一种主要的大气污染物,它会引起酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等诸多环境问题,近年来日益受到人们的关注。目前,针对NOx的脱除,应用最广泛且技术最成熟的方法是选择性催化还原法（SCR）,其多采用过渡金属或贵金属催化剂。而铁矿石尾矿作为钢铁冶金行业的一种主要固体废弃物,其中仍含有大量未被利用的金属元素,如铁等,若将其制备成催化剂催化还原NOx,不但可以实现冶金固废的综合利用,对于NOx的减排也具有重要意义。以马钢南山矿铁矿石尾矿作为主要原料制备催化剂,NH3为还原剂,进行催化还原NO的实验。建立了催化还原NO实验的电加热固定床反应装置,考察了催化剂粒径、反应温度、焙烧温度、NO初始浓度、O2含量、空速、铁含量、添加MnO2等因素对NO催化还原效率的影响。同时,对催化剂中的铁矿石尾矿进行LDPSA、XRF、BET、XRD、SEM、TGA等表征分析,并对催化还原NO进行失活测试及动力学分析。实验结果表明,铁矿石尾矿制备的催化剂对NO具有良好的催化还原性能。在气体流量为600m L/min,NO初始浓度为600ppm,NH3/NO=1,无O2存在条件下,温度低于300℃时催化性能不是很理想,但随着温度升高,催化效率迅速升高,500℃时催化效率达到54.8%,550℃时催化效率达到85.4%,600℃时催化效率达到97.5%。催化剂粒径对催化还原效率有较大影响,平均粒径10μm催化剂催化效率比平均粒径300μm催化剂约高20%左右。实验发现对催化剂进行焙烧并不能显著提高其比表面积,450℃以上焙烧处理反而会使催化剂中的Fe2O3的衍射峰逐渐变得平缓直至消失,减小对NO的催化还原效率。NO的初始浓度和空速对NO催化效率均有一定的影响,随着NO初始浓度的升高,催化效率逐渐降低,但这种影响会随着反应温度的升高而逐渐减小。当气体总流量从600mL/min增加到800mL/min时,其催化还原效率下降约5%。O2浓度对催化还原效率影响较大,温度较低时（350℃）,O2的加入促进了催化还原效率,无O2时催化效率为3%,通入O2时催化效率能达到10%以上,但当O2浓度超过4%时对催化效率几乎无影响;温度较高时（500℃）,O2的加入会抑制反应的进行,无O2时催化效率能达到55%左右,通入O2时催化效率降低到40%以下。实验发现铁含量越高,催化还原效率越高,但铁含量越高,催化剂在石英砂表面的分散性越差,高温时容易粘结,影响了对NO的催化效果。铁矿石尾矿与MnO2掺混制备的催化剂能有效提高对NO的催化还原效率,在相同温度时催化效率较高。对铁矿石尾矿制备的催化剂进行了失活测试,2.0g尾矿在600℃时初始效率达到98%,反应3h后仍达到95%,反应8h后仍能达到60%以上,反应13.5h后催化效率仍能保持在50%以上。对铁矿石尾矿制备的催化剂催化还原NO的动力学进行了分析,结果表明,进口NO浓度和O2浓度对应的反应级数分别为0.876和0.248,而NH3的反应级数为零,该催化反应的反应活化能为87.76kJ/mol。