铜基TS-1分子筛吸附剂吸附-氧化磷化氢的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qf1987227
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矿热炉是一种典型的工业炉窑,在实际生产过程中会产生大量含有CO的污染气体。这些污染气体中含有微量的磷化氢(PH3)等气体杂质,严重制约了尾气中CO的资源化利用。因此,需要高效脱除PH3等杂质组分。在脱除磷化氢的方法中,吸附-氧化法具有反应温度低、反应条件简单、易于再生等特点而被广泛应用。分子筛具有较大的比表面积、均匀的孔径分布,表面丰富的活性官能团。与此同时,对极性分子具有很好的吸附能力,还具有良好的水热稳定性与抗失活能力。因此,本文选用TS-1分子筛为载体,负载金属活性组分,制得Cu基TS-1分子筛吸附剂,用于PH3的吸附-氧化研究。具体研究内容及结论如下:(1)首先,本研究以TS-1分子筛为载体,通过浸渍法负载过渡金属铜的化合物,制得Cu基TS-1分子筛吸附剂。在制备过程中分别考察了活性组分种类、活性组分前驱体、Cu SO4含量、焙烧温度对于低温微氧条件下,吸附剂吸附-氧化脱除PH3的影响。研究得出,最优的制备条件为活性组分为Cu SO4,活性组分前驱体为Cu SO4,最优的Cu SO4含量为20%,焙烧温度为550℃。通过表征结果也证明了,在以上条件下制备的吸附剂具有较大的比表面积和发达的孔隙结构、良好的分散性,更有利于PH3的脱除。(2)其次,考察了不同反应条件对于Cu基TS-1分子筛吸附剂吸附-氧化PH3的影响。结果表明,当反应温度低于等于60℃时可能起活温度较低,吸附剂对PH3的脱除效率较低,主要产物为P2O5、Cu2P2O7。当反应温度高于75℃时,吸附剂表面活性氧和晶格氧被激活,提供了更适的反应条件,吸附剂对PH3的脱除效率较高,主要产物为Cu3(PO4)2、Cu3P。而当反应温度为105℃时,更有利于吸附-氧化反应的发生,吸附剂表面反应产物快速产生和积累,最终加速了吸附剂的失活。氧含量等于1%时,有利于吸附-氧化反应的进行,氧含量大于1%时,则会加剧反应产物在吸附剂上迅速积累,导致吸附剂快速失活。吸附剂在进口浓度较高的情况下,脱除效果相对较差,在较低的进口浓度下,吸附剂脱除效果相比于高浓度有所提升。(3)对Cu基TS-1分子筛吸附剂反应前后的组分分析研究发现,反应过程中Cu SO4及其中间产物Cu O·Cu SO4是主要的活性物质,活性组分的消耗、吸附剂表面和孔道中磷(如P2O5、Cu3(PO4)2、Cu3P)的积累是吸附剂失活的主要原因。根据该失活机制,研究了三种单一再生方式(水洗、碱洗和焙烧再生),XPS表征结果表明,水洗再生效果很差,不能使产物大量去除。因此,选择了再生效果相对较好的焙烧再生、碱洗再生进行更为细致的研究。取再生温度(450~600℃)进行考察,发现再生温度为550℃时,对于恢复失活吸附剂的活性有一定的作用。研究了不同碱浸渍浓度(0.05 mol/L、0.1 mol/L和0.2mol/L)对再生吸附剂性能的影响。结果表明,经过不同碱浸渍浓度再生的吸附剂性能均有所提升,再生碱洗浓度低时不能使吸附剂上的产物完全脱除,再生碱洗浓度高时可能会破坏吸附剂结构。因此,最佳的再生碱洗浓度为0.1 mol/L。四种多联再生得到最佳的多联再生方式为水洗+碱洗+焙烧再生,再生的吸附剂脱除时间维持了270 min,再生效率为100%,PH3穿透容量为96.02 mg P/g。经过考察再生次数对于吸附剂脱除PH3的影响得出,吸附剂可经过三次再生循环,再生一次、两次、三次的再生效率分别为100%、77.77%、55.55%。三次再生后吸附剂的穿透容量为47.21 mg P/g,说明水洗+碱洗+焙烧的再生方法是可行的。
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