分子筛负载Cu吸附剂在低温微氧条件下净化矿热冶炼废气中AsH3研究

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西南地区的有色金属冶炼产业发展,虽然在资源和能源方面具有得天独厚的优势,但是却受到矿热冶炼废气污染环境和综合利用水平低的制约。矿热冶炼废气中含有丰富的CO气体,其具有很高的热值,是很好的燃料、很宝贵的资源,可做燃料,也是一碳化工的优质原材料。但是由于矿热冶炼废气中含有AsH3,H2S, PH3, HCN, COS和CS2等还原性杂质气体,限制了其作为一碳化工原料气的使用,同时也对环境造成了污染。本文主要针对矿冶废气中的砷化氢(AsH3)进行吸附脱除研究,开发出了优质的吸附剂并对吸附反应机理进行了探索。实验主要进行了吸附剂载体,活性成分,吸附剂制备条件(活性成分的浸渍浓度及吸附剂焙烧温度)和反应操作条件(反应温度、氧体积分数及空速)的筛选和优化,并借助N2-BET, XRD, XPS, SEM-EDS, FT-IR和TPD等物化表征手段对AsH3的吸附净化机理进行了分析,探讨了杂质气体(H2S, PH3, COS和CS2)对 AsH3吸附的影响,并对吸附剂进行了水蒸气冲洗再生和N2加热吹扫再生的研究。实验优选了Hp分子筛作为吸附剂载体。通过浸渍的方法用不同的金属盐溶液改性Hβ分子筛,并用改性之后的Hβ分子筛对AsH3吸附性能进行测试。研究表明:经过Cu(NO3)2(表示为Cu/Hβ)改性的Hp沸石被发现对AsH3的吸附去除能力显著增强。浸渍浓度、焙烧温度、反应温度、氧含量和空速对AsH3吸附去除效果的影响在实验中被研究。实验结果表明,当浸渍浓度0.2mol/L、焙烧温度4000C时,吸附剂对AsH3的吸附脱除能力最好。当反应温度60℃、氧体积分数1.0%、空速1846h-1时,Cu/Hβ的吸附穿透容量可达43.7mg/g。本文采用N2-BET、XRD、 XPS、SEM-EDS、FT-IR和TPD等手段对吸附剂的孔隙结构、晶体结构和表面特性进行表征。Cu/Hβ样品的XRD和BET结果表明,吸附剂表面有CuO晶体形成,这些晶体会影响吸附剂的比表面积和孔结构。XPS结果表明,在AsH3的吸附反应过程中会产生As2O5,它在吸附剂表面积累,对吸附剂的吸附活性具有负面影响。为研究矿热冶炼生产过程中实际排放废气的情况,探索吸附剂的实际应用价值,本文考察了杂质气体(H2S, PH3, COS 和 CS2)对 AsH3吸附的影响。研究结果表明吸附剂Cu/Hβ可以吸附AsH3、H2S、PH3、COS 和 CS2多种还原性气体,但因为竞争吸附的存在,AsH3的穿透吸附容量明显降低。本文分别采用水蒸气冲洗和N2加热吹扫方式对失去活性的吸附剂进行再生研究,并通过再生次数测试再生吸附剂的吸附性能。结果表明水蒸气冲洗和N2加热吹扫都是有效的再生方法。N2加热吹扫再生法能有效去除吸附剂表面的吸附质,再生后的吸附剂能恢复大部分的吸附性能。与N2加热吹扫再生法相比,水蒸气冲洗再生的操作更简单而且更经济。
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