納米鋅基脫硫劑室溫脫硫效能及再生研究.pdf

1、近年來,隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識的增強(qiáng),人們對生活質(zhì)量的要求越來越高,而來自惡臭污染造成公眾投訴量的增長,引起了世界各國的普遍重視。惡臭污染的來源極其廣泛,其中工業(yè)生產(chǎn)過程、城市垃圾填埋廠和污水處理過程產(chǎn)生的大量硫系惡臭氣體成為城區(qū)環(huán)境的主要污染源。由于這些惡臭氣體均在室溫環(huán)境中存在,因此研究室溫脫硫技術(shù)具有重要的意義。本論文采用均勻沉淀法制備出二元及三元復(fù)合納米脫硫劑,圍繞脫硫劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系這一關(guān)鍵問題,研究納米脫硫劑的脫硫

2、性能及再生性能,探討影響脫硫性能的物理化學(xué)及結(jié)構(gòu)因素,并利用動力學(xué)模型對脫硫過程進(jìn)行描述。選擇稀土元素鈰、鑭和鐵系元素鐵、鈷和鎳,分別作為助劑摻雜到納米氧化鋅中,以硫化氫為目標(biāo)污染物進(jìn)行脫硫性能研究。結(jié)果表明,稀土元素鈰的摻雜其脫硫活性明顯好于鑭摻雜及純納米氧化鋅,當(dāng)Ce/Zn比為4.0at%(CZ4.0)時(shí),其脫硫性能最佳；而鐵系元素中鐵的摻雜也使脫硫活性明顯提高,當(dāng)Fe/Zn比為5.0at%(FZ5.0)時(shí),其脫硫效果最好,硫容為5

3、.3%；設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),在氧化鋅中同時(shí)摻入鈰和鐵二種金屬氧化物,當(dāng)Zn：Ce：Fe =0.7：0.01：0.05(CFZ)時(shí),其硫容最大為5.2%。這說明CFZ的效果要明顯好于CZ4.0,而與FZ5.0的脫硫活性相當(dāng)。對CZ4.0、FZ5.0和CFZ三種脫硫劑進(jìn)行了脫硫工藝條件的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)三種脫硫劑均適合在室溫條件下進(jìn)行脫硫,且隨著試樣焙燒溫度的升高,其脫硫性能明顯下降,最佳焙燒溫度均為270℃,CZ4.0通氧后脫硫活性處于波動狀態(tài),而F

4、Z5.0和CFZ通入適量的氧后,其脫硫活性明顯提高。利用XRD、XPS、比表面積和孔結(jié)構(gòu)以及FT-IR等表征手段對CZ4.0、FZ5.0和CFZ三種納米脫硫劑反應(yīng)前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,與納米氧化鋅相比較,270℃焙燒時(shí)三種脫硫劑的粒徑減小,比表面積增大,并且有ZnO·H2O出現(xiàn),這些有利于H2S氣體的吸附和反應(yīng)。XPS的研究顯示CZ4.0中的鋅元素以Zn2+和Zn2-δ價(jià)態(tài)存在,而FZ5.0和CFZ中的鋅元素以Zn2+出現(xiàn),鐵元素主要以

5、Fe3+形式存在,而鈰元素在脫硫劑中以三價(jià)態(tài)和四價(jià)態(tài)的形式共存。同一系列脫硫劑中晶粒尺寸、表面電子密度、表面積以及孔結(jié)構(gòu)等均對脫硫活性產(chǎn)生影響。而對不同系列樣品的研究發(fā)現(xiàn),眾多因素中只有孔徑與脫硫活性有很好的相關(guān)性,5~50nm孔的存在有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。硫化反應(yīng)后,脫硫劑的平均孔徑減小,但價(jià)態(tài)并未出現(xiàn)明顯的變化,且表面存在著HS、S的吸附配合物和ZnS等硫物種。研究了CZ4.0、FZ5.0和CFZ三種納米脫硫劑的再生性能及結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)

6、CZ4.0的再生溫度較高,不適于循環(huán)脫硫使用,而FZ5.0和CFZ可在370℃時(shí)用空氣進(jìn)行多次硫化/再生,再生后樣品中殘余的硫均為硫酸鹽,再生過程中晶粒尺寸和形貌變化不大,雖然一次再生后的比表面積和孔容下降輻度較大,但隨后的幾次再生比表面積和孔容變化不大,因此再生后脫硫劑表現(xiàn)出了脫硫的穩(wěn)定性。FZ5.0六次硫化/再生的累積硫容為17.7%,CFZ的累積硫容為12.8%。因?yàn)镕Z5.0脫硫劑有較好的脫硫性能和再生性能,采用等效粒子模型對其