Pd/MnxZr1-xO2/Cord在流向变换反应器中对甲苯的催化性能研究

论文摘要

近年来,大气中VOCs的排放带来的空气污染问题日益严重。与传统的固定床催化燃烧技术相比,流向变换催化燃烧技术在处理VOCs方面具有独特的优势。流向变换催化燃烧反应器具有很高的的集成度和热回收效率,即使污染物浓度很低,反应也能自热进行,且抗干扰能力较强,即便原料气浓度和流量在一定范围内频繁的波动,系统也能维持正常的运作。本文以含甲苯的空气为模拟的工业废气,从催化剂的低温催化活性和流向变换操作参数展开对流向变换系统的催化燃烧甲苯的研究。一方面,采用等体积浸渍法制备Pd/MnxZr1-xO2/堇青石陶瓷载体催化剂,考察锰锆原子比的不同对甲苯催化性能的影响,并运用BET、SEM、XRD、Raman等表征手段对催化剂进行了表征,考察制备条件等因素对催化剂催化活性的影响。另一方面,在流向变换催化燃烧反应系统中,系统考察了操作参数（甲苯浓度、空速及切换周期）对热波形状与特征参数（波峰温度、平均温度和移动速度）的影响。主要结论如下:1. Pd/MnxZr1-xO2/堇青石陶瓷载体催化剂活性涂层负载均匀,抗震性能好;锰锆原子比的不同对催化剂比表面积影响不大;焙烧温度过高时,催化剂中氧化钯晶粒增大可能是导致催化剂活性降低的主要原因。在实验条件为空速为4000h-1、甲苯进口浓度400 mg?Nm-3时,600℃温度焙烧的堇青蜂窝陶瓷负载的Pd/Mn0.4Zr0.6O2催化剂的催化活性最高,280℃时甲苯的转化率可达95%。2.对于Pd/Mn0.4Zr0.6O2/堇青石陶瓷载体催化剂,络合剂柠檬酸的添加可适当的提高催化剂的活性;较低焙烧温度时,催化燃烧效率随着焙烧温度的提高而增加,但温度过高时,催化剂会部分烧结,催化活性降低;钯质量分数为0.8%时,催化剂的催化活性最强。催化剂的低温活性随着空速的增加呈先增强后减弱的趋势;短时间放置的催化剂对催化效果影响不大,且热稳定性好。3.在流向变换催化燃烧系统中,较佳的操作参数为:甲苯浓度800～3200 mg/m3,空速2000 h-1～12000h-1,切换周期2～10min,其中空速和甲苯浓度对热波移动速度的影响较大,热波的波峰温度和反应器平均温度随着甲苯浓度的增加而增加,随着切换周期的缩短而升高,随着空速的增加先升高后降低,与固定床装置相比,在流向变换装置中催化剂的活性更高,甲苯去除率在96.5%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 挥发性有机物（VOCS）的来源、危害及控制技术
• 1.1.1 挥发性有机物（VOCS）的来源与危害
• 1.1.2 挥发性有机物（VOCs）的控制技术
• 1.2 催化燃烧技术及催化剂
• 1.2.1 催化燃烧技术
• 1.2.2 催化燃烧催化剂的研究进展
• 1.2.2.1 贵金属催化剂
• 1.2.2.2 非贵金属氧化物催化剂
• 1.3 流向变换催化反应技术
• 1.3.1 流向变换反应器的原理
• 1.3.2 流向变换催化燃烧技术的优势
• 1.3.3 流向变换反应器的应用领域
• 1.3.4 流向变换反应器的研究进展
• 1.4 课题研究目的、意义
• 1.4.1 课题研究的意义及研究方法
• 1.4.2 课题研究的内容及特色
• 第二章 催化剂的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 实验所用主要原料与试剂
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.2.3 催化剂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 热重分析（TG-DSC）
• 2.3.2 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.3 比表面积分析（BET）
• 2.3.4 X 射线衍射（XRD）
• 2.3.5 可见拉曼光谱（Raman）
• 2.4 催化剂表征结果与讨论
• 2.4.1 TG-DSC 表征结果分析
• 2.4.2 SEM 表征结果分析
• 2.4.3 BET 表征结果分析
• 2.4.4 XRD 表征结果分析
• 2.4.5 Raman 表征结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 催化剂对甲苯的催化性能的研究
• 3.1 实验设计方案
• 3.1.1 催化活性评价装置
• 3.1.2 活性评价的实验条件
• 2 的选择性'>3.2 催化剂活性评价及对CO₂的选择性
• 3.2.1 催化剂的活性评价
• 2 的选择性'>3.2.2 催化剂对CO₂的选择性
• 3.3 催化剂制备条件的研究
• 3.3.1 络合剂的添加对催化活性的影响
• 3.3.2 不同焙烧温度对催化活性的影响
• 3.3.3 不同的贵金属钯负载量对催化活性的影响
• 3.3.4 不同空速对催化活性的影响
• 3.3.5 催化剂放置时间对甲苯转化率的影响
• 3.3.6 催化剂的稳定性的考察
• 3.4 本章小结
• 第四章 甲苯在流向变换装置中的催化燃烧性能的研究
• 4.1 实验设计方案
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 催化剂及实验操作条件
• 4.1.3 实验操作步骤
• 4.1.4 拟稳态的判断
• 4.2 操作条件的初选
• 4.3 不同操作条件对甲苯去除率的影响
• 4.4 不同操作条件对热波移动速度的影响
• 4.5 过渡过程床层温度分布曲线
• 4.6 不同操作条件对热波特性的影响
• 4.6.1 甲苯浓度对床层轴向温度分布曲线的影响
• 4.6.2 空速对床层轴向温度分布曲线的影响
• 4.6.3 切换周期对床层轴向温度分布曲线的影响
• 4.6.4 “飞温”及“熄火”情况分析
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢