碳化硅协同分子筛负载型催化剂微波辅助催化氧化VOCs性能试验研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haibei007
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随着我国现代工业的迅速发展,挥发性有机物(VOCs)已成为我国主要的大气污染物之一。催化氧化技术具有起燃温度低、处理效率高等优点而受到高度关注。与传统电加热不同,微波加热具有选择性,若要在微波场中使催化剂更有效地利用微波能来提高催化氧化的效率,需要借助非反应活性相的吸波物质;另一方面若要降低能耗并提高催化氧化效率,吸波材料与催化剂以何种方式配合尤为重要。因此,研究在微波辐照下反应器中吸波材料与催化剂如何结合用于VOCs废气催化氧化有着重要的意义。本文采用浸渍法制备分子筛负载型催化剂,选取典型芳香类VOCs甲苯和卤代类VOCs氯苯为目标污染物开展微波辅助催化氧化实验,微波场中利用吸波材料碳化硅和催化剂催化氧化VOCs废气。研究考查了碳化硅与分子筛载体的吸波升温性能,考查了碳化硅与分子筛负载铜-钒催化剂混合比及混合方式等条件变化对甲苯降解的影响,在最优条件下考查了固定床反应器中床层温度分布及分子筛负载铜-钒-铈催化剂对甲苯的吸附性能,优化条件下考查了微波辅助催化氧化氯苯的降解效果。论文通过电镜扫描、X射线能谱、比表面积测试和X射线衍射等分析手段对催化剂进行了表征,比较了普通微波加热与蓄热型微波加热方式的经济性。研究表明,青海永强碳化硅和1号天津科密欧5A分子筛的吸波升温性能良好,可以提高微波能的利用率而降低反应能耗;在固定床反应器底部装填质量比为20%的碳化硅时,反应器兼有蓄热性能和低温催化氧化的优点,可有效提高微波能的利用和甲苯的催化氧化效率;在微波功率75W和47W作用下,分子筛负载铜-钒催化剂和负载铜-钒-铈催化剂对甲苯的完全燃烧温度分别为325℃和160℃;分子筛负载铜-钒-铈催化剂对甲苯较好的吸附能力可有效延长甲苯在催化剂上的停留时间,从而促进甲苯的催化氧化;在对氯苯催化氧化实验中,两种催化剂亦表现出良好的低温活性和催化性能。催化剂表征发现,稀土元素铈的掺杂提高了活性组分在催化剂表面的分散度,催化剂的微孔结构保证了其对甲苯的高吸附性能,而非晶相型铜、钒氧化物的存在则提高了催化剂的催化活性。经济性分析表明,蓄热型微波加热工艺能耗低于普通微波加热工艺,具有一定的实际应用前景。
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