Mn-FeO_x_PPS复合滤料的制备及低温脱硝性能_张延兵.pdf

第4 1卷 第3期V o l.4 1 N o.3材 料 科 学 与 工 程 学 报J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g总第2 0 3期J u n.2 0 2 3文章编号:1 6 7 3-2 8 1 2(2 0 2 3)0 3-0 4 6 7-0 6M n-F e Ox/P P S复合滤料的制备及低温脱硝性能张延兵1,张五交2,李伟峰2,崔怡潇1,梅皓云1,陈英赞1,宋成建1,程相龙1,李晓燕1,刘丽华1,李 刚1,任海波1,汪 谢3(1.河南城建学院 材料与化工学院,河南 平顶山4 6 7 0 0 0;2.中平能化集团(许昌)首山焦化有限公司,河南 平顶山4 6 7 0 0 0;3.安庆师范大学 化学化工学院,安徽 安庆2 4 6 0 1 1)【摘 要】通过十二烷基苯磺酸钠表面改性,结合高锰酸钾与氯化铁之间的氧化还原反应,实现M n-F e Ox活性组分于聚苯硫醚(P P S)滤料表面的原位负载,制备了M n-F e Ox/P P S复合滤料。研究了M n-F e Ox/P P S复合滤料的低温脱硝活性,并通过多种测试方法分析了复合滤料微观结构及性能。研究表明,8 01 8 0之间M n-F e Ox/P P S的脱硝率达到1 7.9%9 9.2%,其中最佳1.0M n-F e Ox/P P S复合滤料在该温度范围下的脱硝率达到3 5.7%9 9.2%。这归因于活性组分主要以无定形或纳米晶存在负载于P P S滤料表面,且为高价态的M n O2和F e2O3氧化物。同时,1.0M n-F e Ox/P P S复合滤料在6h的稳定性测试(1 8 0)和循环性测试(反复升降温)中,脱硝活性均在9 9.2%左右,表面复合滤料具有良好的工业应用前景。【关键词】脱硝率;脱硝复合滤料;聚苯硫醚;M n O2;F e2O3中图分类号:T B 3 4 文献标志码:AD O I:1 0.1 4 1 3 6/j.c n k i.i s s n 1 6 7 3-2 8 1 2.2 0 2 3.0 3.0 2 1收稿日期:2 0 2 0-0 2-1 7;修订日期:2 0 2 1-0 9-0 6基金项目:河南省科技攻关资助项目(2 0 2 1 0 2 3 1 0 2 7 5);河南省高校重点科研资助项目(2 0 A 4 3 0 0 0 5);首山化工焦炉废气脱硫装置脱硫影响因素研究资助项目;河南城建学院青年骨干教师基金资助项目(Y C J QN G G J S 2 0 2 1 1 0);安徽省教育厅自然科学重点研究资助项目(K J 2 0 1 9 A 0 5 5 8)作者简介:张延兵(1 9 8 2),男,博士研究生,主要研究方向:低温脱硝催化剂的制备与研究。通信作者:汪 谢(1 9 8 7),男,博士研究生,主要研究方向:功能复合材料。E-m a i l:a n h u i s s s i n a.c o m。P r e p a r a t i o na n dL o wT e m p e r a t u r eD e n i t r a t i o nP r o p e r t yo fM n-F e Ox/P P SC o m p o s i t eF i l t e rM a t e r i a l sZ H A N GY a n b i n g1,Z H A N G W u j i a o2,L IW e i f e n g2,C U IY i x i a o1,ME IH a o y u n1,C H E NY i n g z a n1,S O N GC h e n g j i a n1,C H E N GX i a n g l o n g1,L IX i a o y a n1,L I UL i h u a1,L IG a n g1,R E NH a i b o1,WA N GX i e3(1.C o l l e g eo fM a t e r i a l a n dC h e m i c a lE n g i n e e r,H e n a nU n i v e r s i t yo fU r b a nC o n s t r u c t i o n,P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 0 0,C h i n a;2.Z h o n g p i n gE n e r g yC h e m i c a lG r o u p(X u c h a n g)S h o u s h a nC o k i n gC o.,L t d.,P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 0 0,C h i n a;3.C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,A n q i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,A n q i n g2 4 6 0 1 1,C h i n a)【A b s t r a c t】C o m b i n i n gt h e r e d o xr e a c t i o nb e t w e e nKM n O4a n dF e C l3,M n-F e Oxa c t i v ec o m p o n e n t sw e r ei n-s i t ud e c o r a t e do nt h es u r f a c eo fP P S,a n dt h e M n-F e Ox/P P Sc o m p o s i t ef i l t e r m a t e r i a l s w e r ep r e p a r e ds u c c e s s f u l l y.T h el o wt e m p e r a t u r ed e n i t r a t i o na c t i v i t yo ft h e M n-F e Ox/P P Sc o m p o s i t ef i l t e rm a t e r i a l sw a ss t u d i e d,a n dt h em i c r o-s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t h ec o m p o s i t e sw e r er e s e a r c h e d.T h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ec o m p o s i t e so fM n-F e Ox/P P Ss h o w e d1 7.9%-9 9.2%NOc o n v e r s i o na t8 0-1 8 0.T h ed e n i t r a t i o na c t i v i t yo f t h eo p t i m a l 1.0M n-F e Ox/P P Sc o u l dr e a c h3 5.7%-9 9.2%a t 8 0-1 8 0,w h i c hw a sd u e t ot h e f o r m a t i o no fa m o r p h o u so rn a n o c r y s t a l so nt h es u r f a c eo fM n-F e Ox/P P Sc o m p o s i t e,a sw e l la st h eg e n e r a t i o no ft h eh i g hv a l e n c es t a t e so fM n O2a n dF e2O3.I nt h e l o n gp e r i o ds t a b i l i t yt e s t(6h,a t 1 8 0)a n dr e p e a t e dh e a t i n gt e s t,1.0M n-F e Ox/P P Sw a sp o s s e s s e do f e x c e l l e n t l o n gt e r ma n dc y c l i cs t a b i l i t yp e r f o r m a n c e s.【K e yw o r d s】D e n i t r a t i o ne f f i c i e n c y;C o m p o s i t e f i l t e rm a t e r i a l;P o l y p h e n y l e n es u l f i d e;M n O2;F e2O31 前 言 固定源(燃煤电厂、垃圾焚烧厂等)排放的氮氧化物(NOx)会引起酸雨、臭氧破坏、光化学污染和温室效应等环境问题1-4。为此,一系列氮氧化物控制技术得到研究和应用。基于NH3选择性催 化还原NO(S C R)技术优势,其在固定源脱硝领域得到了商业化应用5-7。固定源除排放有毒NOx外,还排放PM2.5、PM1 0等有害颗粒物,这促进了静电除尘和袋式除尘技术的发展和应用。鉴于袋式除尘技术运行成本低、除尘效率高等优点,其在除尘领域得到广泛的研究和应用8。但是,现有的脱硝和袋式除尘装置通常为两套独立装置,占用场地大,投资成本高。因此,研究和开发固定源尾气的同步脱硝和除尘技术具有重要的理论和应用前景。为解决固定源尾气同步脱硝除尘技术存在的难点,科研人员进行了大量研究工作。F i n o等9采用浸渍法将M n OxC e O2和V2O5WO3T i O2活性组分负载到滤袋和陶瓷泡沫,制备了性能优良的同步脱硝除尘滤袋。L u等1 0通过浸渍法将预制好的C u O活性组分负载于活性炭,得到的同步脱硝除尘材料的脱硝率和除尘率分别达到5 8%6 1%和8 2%8 6%。Y a n g等8用真空抽滤法M n-L a-C e-N-Ox/P P S催化滤料,该催化滤料在2 0 0的脱硝率达到9 5%。K a n g等1 1借助真空抽滤法,实现了M n Ox活性组分在滤料表面的负载,得到1 5 0下脱硝率达到9 5%的复合滤料。为克服浸渍法和真空抽滤法制备方法复杂,活性组分负载不均匀等问题,Z h e n g等1 2利用聚吡咯对滤料进行改性,结合高锰酸钾与乙酸锰之间的氧化还原反应在滤 料 表 面 原 位 生 成 了 均 匀 的M n O2组 分,制 备 的M n O2/P P y P P S滤料在1 6 0 1 8 0显示超过7 0%的脱硝率。要说明的是,现有同步脱硝除尘滤料主要采用超声浸渍法和负压抽滤法。此类制备方法需要分步进行,存在过程复杂、活性组分负载不均匀等问题。因此,采用简单温和的负载方法获得高活性、均匀负载的脱硝功能滤料是现阶段同步脱硝尘滤料研究的重点和难点。基于现阶段同步脱硝除尘滤料存在的问题,本研究采用表面活性剂改性聚苯硫醚(P P S)滤料,并结合高锰酸钾和氯化铁之间的氧化还原反应,实现M n Ox和F e Ox活性组分于P P S滤料表面的原位负载,制备M n-F e Ox/P P S脱硝复合滤料。该方法制备的脱硝滤料具有活性优良、活性组分负载均匀等特点,为同步脱硝除尘滤料的研究和应用提供一定理论和数据支撑。2 实 验2.1 实验原料 聚苯硫醚滤料(P P S,克重=5 0 0gm-2);高锰酸钾、氯化铁、乙醇、十二烷基苯磺酸钠均为外购分析纯且无 需 进 一 步 纯 化;去 离 子 水 通 过J L-R O 1 0 0M i l l i p o r e-Q纯水机制备(电阻率1 8.0Mc m)。2.2 M n-F e O x/P P S脱硝复合滤料制备 将直径为0.4c mP P S,圆片置于一定浓度的十二烷基苯 磺 酸 钠 溶 液 中 超 声1h;然 后,加 入 一 定 量F e C l3连续搅拌8h;随后加入一定浓度的高锰酸钾溶