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硝酸浸渍对活性炭纤维还原NO性能的影响

放大字体??缩小字体 发布日期:2016-02-27??来源:中国官方ag游戏|HOME网??作者:[db:作者]??浏览次数:1841
核心提示:  随着对环境保护要求的日益提高,对NOx排放的限制愈加严格。对于工业排放气体中NOx氮氧化物的清除目前多采用氨还原法。而日益多的机动车辆所排放的NO正成为空气的主要污染源。目前国内外多以含贵金属(铂

  随着对环境保护要求的日益提高,对NOx排放的限制愈加严格。对于工业排放气体中NOx氮氧化物的清除目前多采用氨还原法。而日益多的机动车辆所排放的NO正成为空气的主要污染源。目前国内外多以含贵金属(铂一铑一钅巴)的三元催化剂来净化汽油发动机的排气。但由于此种催化剂在空燃比大于14.7时NO的脱除率显着下降,因此不能用于柴油机等高含氧量排气的净化,也不能用于高空燃比下运行的处于稀薄燃烧状态下汽油机排气的净化,而在这两种情况下排气中的NO又远高于一般的汽油机。因此寻找一种可以用于柴油机排气中NO净化的方法是当前学术界与社会共同关心的重大课题之一。现有的数据表明,在这一类发动机的排气中NO占氮氧化物总量的绝大部分t1,因此NOx的脱除也就是NO的脱除。吉村英夫等:2报道了用沥青基炭纤维毡在200~500C间能有效地净化柴油机排气中的NO,其后又提出炭纤维用硝酸浸渍后脱除NO的效率有所提高。他们对实车台架试验的结果做了详细的报道,并提出了有关反应过程的见解。Illan―Gomez和Linares―Solano等对活性炭上NO的还原做了系统的工作,也―23收到初稿,2000― 03―22收到修改稿。联系人:赵修仁。第作者:张守臣,男,38岁,讲师。

  涉及到沥青基炭纤维上NO的还原。在其论文中曾提到用硝酸处理过某些活性炭,处理后的活性炭的比表面视炭种类的不同而有所减。

  目前国内己能批量生产多种类型的活性炭纤维。与颗粒状活性炭相比,活性炭纤维具有比表面大的特点,可以编织成布或压制成毡,容易在汽车排气管中布置成低压降的流道。在活性炭纤维本体及其经硝酸浸渍和加载金属氧化物后的试样上进行了活性炭纤维还原NO的试验研究,部分结果将另文发表。

  本文从化工角度探讨在活性炭纤维上NO的还原过程,研究硝酸浸渍前后的反应性能,并通过对各种含氧气体在活性炭纤维上吸附与脱附性能的研究试图阐明NO在活性炭纤维上的还原过程的实质。

  1实验部分1.1反应性能评价装置性能评价在实验室微型反应装置上进行。反应器内径为8mm,用电炉外加热,每次试验装活性炭纤维35mg;反应气中NO的含量约为1(T3molmo1(余为N2及微量O2),流量约为18mlmin\在升温过程中通入高纯N2以保护活性炭纤维,当达到预期的反应温度后通入反应气进行实验。反应前后NO的分析采用改良的盐酸萘乙二胺比色法,反应后气体中的CO和CO2含量用0-H2为载气,用热导池检测,桥流150mA,柱温303IK色谱数据的处理用ShimadzuCR6A色谱数据处理机。分析数据用大连光明研究所提供的标样校正,分析精度可达10 1左右。

  1.2TPD(程序升温脱附)实验程序升温脱附装置为自行设计的由色谱改装的以热导池为检测器的系统,温度和热导池的信号用R―106高精度多量程记录仪记录,以高纯He为载气。称取活性炭纤维样品35mg,在He气流中于室温下处理1h,待记录仪基线平稳后,用纯的样气吸附多次至饱和,再在室温下用He吹扫。待记录仪基线再次平稳后,以10C、in的速度升温至800C.记录其脱附信号曲线。

  1.硝酸浸渍活性炭纤维的条件~65%的工业硝酸在室温条件下浸渍活性炭纤维一定时间后,取出,用蒸馏水洗涤至pH值7左右,在空气中晾干后,于烘箱中在100 ~110C的温度下烘干备用。

  2结果与讨论2.1不同种类活性炭纤维反应性能的筛选本试验首先对现有的5种活性炭纤维对NO的还原性能进行筛选,这5种活性炭纤维分别以下列代号标示:ACF1(聚丙烯腈基毡)ACF2(聚丙烯腈基毡)ACF3(粘胶基毡)ACF4(未活化的沥青基毡)和ACF5(聚丙烯腈基布)。而经硝酸浸渍过的活性炭纤维则在此代号后加N(例如ACF1N即为经硝酸浸渍处理后的ACF1)。在表1中列出了这些样品按前述试验条件在几个温度下测得的NO的还原度。可以看出,在上列3种不同材质的活性炭纤维中以聚丙烯腈基最好;而在以聚丙烯腈为原料的3种样品中,ACF2的低温性能较好,而ACF5的高温性能较好。由于本工作以消除汽车排气中的NO为目的,而汽车排气温度一般在500°C以下,因此本文选用低温活性较好的聚丙烯腈基活性炭纤维作为今后的研究对象。

  2.2硝酸处理时间对活性炭纤维NO还原性能的影响为了探讨经硝酸浸渍后活性炭纤维对NO还原性能的影响,并找出硝酸处理的条件,对活性炭纤维做了不同时间的浸渍处理,所用的酸为65 %的工业硝酸。表2列出了在不同温度下测得的NO还原度。可见活性炭纤维经硝酸浸渍处理后对NO的还原性能有明显提高,但是过长时间在酸中的浸渍使纤维毡的结构松散,因而浸渍时间过长并不利,以2~4h为宜。

  2.3温度对硝酸处理前后活性炭纤维脱NO性能的影响用前述含NO的混合气于不同温度下在ACF上进行脱NO的试验,与分别为在ACF1、ACF1N与ACF2、ACF2N这4种材料上的试验结果。需要指出的是,在温度低于600C时活性炭、活性炭纤维的氧化产物基本是CO2,只有当温度高于600C时才有CO出现。此外从图中的曲线也可看出,对于未用硝酸浸渍过的活性炭纤维,随着温度的升高,NO的分解率与CO2在反应后气体中的含量同步长;而在用硝酸浸渍处理过的活性炭纤维上,流出气中的CO2含量出现波浪式的波动,这一现象出现在所有硝酸浸渍过的活性炭纤维的脱NO过程中。此现象以及在此温度范围内流出气中主要为CO2的原因将在本文的后面进行讨论。

  2.4几种含氧化合物在活性炭纤维上的TPD为了解硝酸浸渍处理后活性炭纤维与NO反应时流出物中CO2含量产生波动以及在低于600C时反应产物中几乎没有CO的原因,在硝酸浸渍前后的活性炭纤维上分别进行了CO、CO2、NO与O2的TPD试验。首先将硝酸浸渍过的活性炭纤维在未用任何气体吸附的情况下进行程序升温脱附,以考察硝酸浸渍过的活性炭纤维在升温过程中可能发生的化学反应,结果列于。从的ACF2N本本TPD图的脱附产物流出曲线。可以看出经硝酸浸渍后的本体虽然事先未吸附任何气体但由于其表面与硝酸生成的表面氧化物(也即含氧活性基团)在升温过程中与碳生成碳氧化物逸出,从而在TPD图上出现脱附峰。此脱附峰出现在200 C以后。这一现象在一定程度上可以说明经硝酸浸渍后的活性炭纤维在与NO反应过程中CO2的流出曲线出现波浪型波动的原因。从和均可看出,不同的活性炭纤维经硝酸浸渍后与NO反应时均出现此现象。从的NOTPD和的O2及碳氧化物的TPD可以看出,经硝酸浸渍处理后的ACF对CO和NO的吸附都远大于未经浸渍的。Illan―Gomez曾指出:硝酸处理能加活性炭上的含氧活性而高了吸附能力。

  本试验也证明了这一观点。而CO2的TPD图则相反,经硝酸处理后的活性炭纤维吸附C2的能力远低于未处理过的,其原因很明显,酸性的活性炭纤维表面不利于C2的吸附。

  2.5关于活性炭纤维还原NO反应过程的初步探讨从热力学角度来看,NO与碳的反应有可能按下列反应式进行对这两个反应的热力学计算表明,两者的化学平衡常数均很大(在643K时lgK分别为20.35与33.71),故可按不可逆反应考虑。

  活性炭纤维被NO氧化时所生成的碳氧化物的种类是学术界感兴趣的问题,与碳被氧气氧化时的产物一样,迄今也是一个争论中的议题。Suuberg等人为NO在碳上被解离吸附,吸附态的表面化合物分解得到N2与CO2.符若文指出炭纤维上的氧化还原机理为氧化物与纤维上的羧基或羰基基团反应,无论用什么氧化物,生成的气体产物均为CO2.这些见解与本文的实验结果比较吻合,因此认为NO被活性炭纤维还原的过程可表示为:Cf为活性中心,C(N)为吸附在碳上的氮,C(O)为吸附在碳上的氧。

  吸附态的氮脱附生成氮气吸附态的氧脱附并与表面的碳生成CO2 CO是由于气相中的CO2与活性炭纤维二次反应的产物上的还原过程的速度控制步骤为NO在活性炭纤维上的吸附。因此可以用对NO浓度的一级反应速度动力学方程来描述该过程。

  2.6硝酸处理前后活性炭纤维脱除NO反应的宏观动力学处理如前述,活性炭纤维还原NO的反应可按一级反应处理,即NO的还原速率可用下式表示根据、中的试验数据(即不同温度时的NO转化率)与反应物的流量及反应物中NO的含量,可以算出不同时间的NO反应量,将其对反应时间回归后得到NO反应量与反应时间的关联式,将此关联式微分即可求得各该反应温度下的NO脱除速度R,由该温度下的NO瞬时浓度与R值就可算出此时的反应速率常数值k.现将依据在ACF1上所得的实验数据按上述方法处理后所得的有关数据列于表3.在其他活性炭纤维上的数据处理过程不再一一列出。

  将各个温度下的k按Arrhenius方程回归,得到上列各种活性炭纤维与NO反应时的反应速率常1基于这样的假设可以人人为在活性炭Ush数温度的关fg式如下。ed.http://www.cnki.net未经硝酸浸渍的活性炭纤维毡(ACF2从所列数据可见,经硝酸浸渍后的活性炭纤维的反应速率常数均大于未浸渍的,而且也可看出ACF2活性炭纤维毡对NO的还原活性大于ACF1. 3结论由不同基材制得的活性炭纤维脱除NO的性能不同,以聚丙烯腈为原料的活性最好,经硝酸浸渍处理后脱除NO的性能有较大程度的提高。

  CO、CO2、NO和O2等含氧化合物在硝酸改性前后的活性炭纤维上进行的程序升温脱附表明,活性炭纤维经硝酸处理后对除CO2外的上述气体的吸附能力均有所提高,从而有利于反应的进行。

  参照与实验结果,认为NO的解离吸附为此反应的控制步骤,而炭纤维氧化的初级产物对活性炭纤维上脱除NO的反应进行了动力学处理,求得了两种活性炭纤维在硝酸浸渍处理前后的反应速率常数,表明经硝酸浸渍处理后反应速度有明显提高。

  符号说明k反应速率常数,min r相关系数T――温度,Kt一反应时间,min信息与交流垃圾热解气化技术热解气化技术被称为第三代废物处理技术。法国、美国、德国、瑞士、日本和瑞典共同参与了这项技术的开发。

  热解气化是一种全新的废物处理的方法。该技术通过结合几个传统、成熟的技术创造了一个新的工艺流程。它结合了创新的高温分解技术和传统的高温供氧气化技术。没有传统的锅炉,而是模拟了地层中的化工过程,将废物气化。在一个封闭环境中,在高温高压之下,把废物完全转变成合成气和可回收的固体残留物。在高温及较长的驻留时间里,它甚至可以摧毁最复杂的有机化合物。

  任何气体及易发散的金属都在厂内加以处理回收。重金属成分可作为易管理的沉淀状态加以回收。酸性气体变成盐分加以处理及回收。清洁处理后的合成气有多方面用途:可以作为原料直接投入化工厂生产化肥,可作为燃料供给钢铁厂或用于产生热量,也可经过高效燃气轮机发电机系统发电。

  垃圾中的无效成分被熔化及淬硬,形成有用的建筑材料及金属合金。这两种材料都可转成惰性及无毒的产品。在全过程中产生的水都被净化,回收利用。由于整个工艺流程中所产生的气体、固体物和水都能经过处理回收,整个垃圾处理后的排放大幅度减少,处理过程中不冒烟,没有废水排放,没有任何固体、灰渣需要填埋。

  (摘自“中国化工信息网”)

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