CuOx/TiO2吸附剂在低温下净化密闭电石炉尾气中的砷化氢

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西南地区矿产资源丰富,有色金属冶炼行业蓬勃发展,但是其排放的密闭电石炉尾气含有大量有毒有害的气体,如PH3,H2S,AsH3,HCN,COS和CS2等,如果直接排放会严重污染环境,影响人类身体健康。并且密闭电石炉尾气中含有大量的CO,热值高,具有相当高的利用价值,这些杂质气体的存在严重限制了密闭电石炉尾气的使用,因此应采取相应的措施来处理这些杂质气体。特别是AsH3,它具有相当高的还原性,剧毒性,生物富集性及对人类和环境的不可逆性,也由于它的这些特性,目前对AsH3的研究相当少,其有效控制技术亟待开发。本文采用溶胶凝胶法制备吸附剂在低温下来净化AsH3。在制备过程中,对活性组分,载体,负载量,焙烧温度,溶胶pH值等变量进行了筛选,最佳制备条件为Cu含量为20%的CuOx/TiO2在400℃下焙烧,溶胶pH为10。然后比较了吸附剂在各种实验条件(反应温度,氧含量等)下对AsH3的吸附性能,实验结果表明,在反应温度为120℃,氧含量为2%时达到最佳吸附量534.3mg/g。基于上述的实验结果,对反应前后的目标材料做了比表面积(N2-BET),X射线衍射分析(XRD),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二氧化碳-程序升温脱附(CO2-TPD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM)等表征,根据这些表征来分析材料吸附性能优劣的原因并推导主要的吸附机理。通过表征结果发现,CuOx/TiO2吸附剂(pH=10)的TiO2晶相是以锐钛矿型TiO2主导的混合晶型,具有更高的比表面积,更发达的孔结构,颗粒尺寸也更加均匀,并且具有更多的碱性吸附位点,这些特点均有益于CuOx/TiO2(pH=10)吸附剂对AsH3的吸附作用,因此,CuOx/TiO2吸附剂(pH=10)具有最佳的AsH3穿透吸附容量。整个吸附反应过程中主要是CuOx/TiO2吸附剂(pH=10)产生的晶格氧在氧气存在的情况下被活化将AsH3氧化,产物主要是As2O3及H2O,TiO2本身可能不参与反应,但是CuO与TiO2间的相互作用能促进吸附剂对AsH3的吸附。随着温度的升高,吸附剂对AsH3的净化能力逐渐增强,反应过程中伴随着有As2O5的生成,并且反应温度越高,As2O5的生成量越多。随着反应的进行,AsOx在吸附剂上发生团聚堵塞孔道,导致吸附剂对AsH3的吸附性能逐渐降低。之后采用了N2加热吹扫方式对吸附剂的再生性能进行了研究,通过再生次数及再生后吸附剂的吸附能力来判断吸附剂再生性能的优劣,再生实验结果发现,再生后的吸附剂能恢复大部分的吸附性能,再生效果良好,具有很好的再生价值。本文研究的吸附剂能够将气态的AsH3转化成毒性更低、更易处理的固态As2O3和As2O5,在后面气路设置除尘器可以将固态的As2O3和A2O5捕捉从而去除,并且该吸附剂对AsH3的穿透吸附量达534.3mg/g,再生性能良好,因此具有很好的工业应用前景。
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