固體氧化物燃料電池脫硝性能研究.pdf

1、NOx作為火電廠和平板玻璃工業(yè)排放的主要污染物，嚴重危害人類健康，如何高效率除硝、且不產(chǎn)生二次污染，成為人類刻不容緩的課題。從熱力學(xué)上來說，NO直接分解為N2和O2的傾向性很大(△rGm=-86.6KJ/mol)，但從動力學(xué)角度來說，該反應(yīng)需要克服較大的活化能(364KJ/mol)。因此，NO的直接分解需要借助一定的催化劑。目前電廠等應(yīng)用的脫硝方式主要分為選擇性催化還原(SCR)和非選擇性催化還原(SNCR)。SCR法成本過高，還原劑N

2、H3具有危險性且量不容易控制，脫硝效率最高達90％，不能完全脫除;SNCR脫硝效率在80％左右，缺點是會有副產(chǎn)物有毒氣體N2O產(chǎn)生，且過程不易控制。因此新的脫硝方式需要被引進，貴金屬、分子篩、鈣鈦礦材料均是有效的直接催化分解NO的催化劑，同樣面臨著三大挑戰(zhàn):一是成本過高;二是催化劑易中毒;三是催化劑工作溫度過高。因此，為了能夠高效脫硝，我們需要一種新型高效的催化劑體系。
　　固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel C

3、ell:SOFC)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型能源電池，能量轉(zhuǎn)化效率高，污染小，結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣。目前，固體氧化物燃料電池的工作溫度可低至700-800℃，這使其成本大大降低，應(yīng)用范圍得到很大拓展。SOFC被當(dāng)做一種新型催化劑體系用來脫硝方面的研究，并取得了良好進展。研究認為氧空位在NO的催化分解反應(yīng)中起重要作用，NO分解活性與氧空位的濃度有關(guān)。我們認為，SOFC電池結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電勢差可以增加LSM、LSCF等復(fù)合陰極材料的氧空

4、位，提高氧空位的活性，從而提高脫硝效率。
　　本論文分別通過流延和噴霧制備得到SOFC復(fù)合陽極和陽極功能層Ni-YSZ;通過濕法噴霧制備得到致密電解質(zhì)YSZ（氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）;通過絲網(wǎng)印刷制備得到復(fù)合陰極材料LSM-YSZ/LSM，構(gòu)成完整SOFC脫硝結(jié)構(gòu)。探討了YSZ球磨方式、球磨速度對其粉體粒徑的影響，進一步探討了YSZ球磨尺寸大小對電解質(zhì)致密度的影響，得出了通過高能球磨并提高球磨轉(zhuǎn)速(400r/min)來提高YSZ電解質(zhì)

5、陶瓷致密度的結(jié)論。
　　在高溫爐上將SOFC與NO尾氣檢測儀巧妙連接，建立脫硝測試平臺。巧妙設(shè)置對照試驗，陽極表面通入H2，陰極表面通入NO-N2載氣，通過對照驗證發(fā)現(xiàn)SOFC可大大提高NO分解速率，400℃可完全分解80sccm的NO，700℃可完全分解800sccm的NO;通過多次重復(fù)測量，得出溫度、NO載氣流速、還原時間、H2封閉體系及氫氣的持續(xù)存在對NO分解均產(chǎn)生重要影響的結(jié)論。通過絲網(wǎng)印刷制備得到不同的陰極材料:LSM-