催化燃烧处理有机废气的研究

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伴随着社会经济的飞速发展,大气污染已经成为全球性问题,挥发性有机化合物(VOCs)是工业生产中排放的一类大气污染物。近年来,随着雾霾现象日益加重,大气的治理越来越受到重视,VOCs是导致大气中细颗粒物(PM2.5)浓度升高的主要污染物之一,其净化方法的研究也越来越受到人们的重视。催化燃烧具有高效、经济、净化效率高、无二次污染、能耗低等特点,是处理VOCs最有效的方法之一,可以将VOCs完全燃烧分解成H2O和CO2。研究表明,在过渡金属氧化物催化剂中适量的添加稀土元素可以改进催化剂的催化性能、提高催化剂活性、降低起燃温度,这是因为稀土元素的添加能够增加催化剂的比表面积,而且稀土元素具有很好的储氧功能。  本文采用等体积浸渍法制备催化剂,主要研究了以γ-Al2O3为载体、铜锰复合氧化物为活性组分的催化剂对含甲苯废气的催化燃烧实验,并对其进行了SEM、XRD、BET表征,通过对活性组分的原子比、负载量和催化剂焙烧温度进行实验研究,确定了铜锰最佳原子比为1∶2,添加稀土元素铈后铈铜锰最佳原子比为0.2∶1∶2,并且确定了活性组分最佳负载量为8%;对不同温度(300℃、400℃、500℃、600℃、700℃)焙烧下制得的催化剂进行实验,根据催化燃烧的处理效果和经济性,400℃进行焙烧制得的催化剂具有较好的催化燃烧效果。实验对催化剂的稳定性进行了研究,催化燃烧系统在运行80小时之后,催化燃烧效率仍能达到95%以上,说明长期运作催化剂能保持很好的催化活性,具有较强的稳定性。  实验还研究了反应工艺条件数对VOCs催化燃烧效率的影响,主要考察了反应空速、VOCS浓度和VOCs的组分等对催化燃烧效率的影响。实验发现,随着空速的增大,催化处理效率逐渐降低,空速在10800h-1以内时具有较高的催化处理效率,处理效率能达到95%以上;VOCs的浓度对催化燃烧处理效率没有明显影响;还研究了催化剂对苯、甲苯、二甲苯有机污染物的催化活性,研究表明VOCs的组成对催化燃烧处理效率没有明显影响,甲苯的催化燃烧效率相对较高,这是因为甲苯的极性较大,极性越大,被氧化的能力就越大。将添加稀土元素与不添加稀土元素催化剂的催化活性进行了对比,发现添加稀土元素的催化剂催化活性明显高于不添加稀土元素的催化剂,催化燃烧效率达到99%时所需的温度(T99)降低了65℃左右,具有很好的催化活性。  本论文还考察了增加预热部分对催化燃烧处理效率的影响,结果表明,增加预热部分能很好的提高催化燃烧效率。
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