林 峰,黎維彬,楊良針
(清華大學(xué) 深圳研究生院,廣東 深圳 518055)
材料與藥劑
負載Mn-Co復(fù)合氧化物的椰殼炭對氮氧化物的吸附
林 峰,黎維彬,楊良針
(清華大學(xué) 深圳研究生院,廣東 深圳 518055)
以顆粒狀椰殼炭(AC)為原料,制備了負載Mn-Co復(fù)合氧化物的(Mn-Co)x/AC吸附劑,考察了其對NOx的吸附性能。實驗結(jié)果表明:在n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16、焙燒溫度為400℃、Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)為2.78%的最佳條件下,(Mn-Co)x/AC試樣的NOx吸附容量最大,為157.92 mg/g;隨吸附溫度升高,(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量下降;吸附了NOx的(Mn-Co)2.78/AC試樣升溫至200℃時,可以完全釋放出吸附的NOx而再生。
椰殼炭;氧化錳;氧化鈷;氮氧化物;吸附;廢氣處理
大氣中的NOx主要來源于工業(yè)鍋爐尾氣、汽車尾氣及煉油廠催化裂化裝置排放的氣體污染物等。NOx不僅危害人類的健康,還會導(dǎo)致形成酸雨和城市光化學(xué)煙霧[1]。各國都對NOx的排放量進行了嚴格的控制[2]。目前用于去除NOx的方法主要包括:選擇性催化還原法(SCR)[3-6]、選擇性非催化還原法(SNCR)[7-9]、存儲還原法(NSR)[10-12]、吸收法[13]和吸附法[14-17]等。其中 SCR 多用于去除固定源和流動源排放的 NOx[14],但需要在高溫、使用還原性氣體(NH3、CO和烷烴類等)的條件下進行。因此,研究低溫去除NOx的凈化材料勢在必行。低濃度NOx的去除多采用低溫吸附法,吸附劑包括復(fù)合氧化物、分子篩及活性炭等,如 Pt-BaO-Al2O3[18-20]、Pt - K - Al2O3[21]、MnO2- ZrO2[21]、Na - ZSM - 5[22]、水滑石[23]及多孔炭材料[24-25]?;钚蕴績r格低廉,但市售活性炭材料直接用于吸附NOx時效果常不能滿足要求。
本工作將Mn-Co復(fù)合氧化物負載在椰殼炭(AC)上,并將其用于NOx的低溫吸附研究,探討了吸附劑的制備條件對吸附性能的影響,考察了吸附劑的再生性能。
1.1 材料、試劑和儀器
顆粒狀A(yù)C:市售;所用試劑均為分析純。
F-Sorb2400型比表面積測定儀:北京金埃普公司;D/max 2500型XRD儀:日本理學(xué)株式會社;JSM-6460LV型 SEM:日本電子株式會社;STA449F3型綜合熱重分析儀:德國Netzsch公司。
1.2 負載Mn-Co復(fù)合氧化物的AC的制備
稱取20 g AC,加入415 mL稀鹽酸溶液,加熱至沸騰,保持1 h,過濾,水洗至洗液呈中性后,將AC在90℃下干燥,在800℃下于CO2氣氛中活化2.5 h,得到經(jīng)預(yù)處理的AC。
分別取一定量的Co(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2溶液混合后在攪拌條件下浸潤到AC上,常溫干燥,在N2中焙燒2.5 h,得到負載Mn-Co復(fù)合氧化物的AC(記為(Mn-Co)x/AC,x為Mn-Co復(fù)合氧化物的質(zhì)量分數(shù),%)。
1.3 試樣的表征
采用動態(tài)N2吸附法在比表面積測定儀上測定試樣的比表面積;采用XRD儀測定試樣的物相;采用SEM觀測試樣的顆粒和斷面形貌。
1.4 吸附性能測定
將 NOx體積分數(shù)為 1×10-3、O2體積分數(shù)為6%、N2為平衡氣的混合氣體以150 mL/min的流量通過試樣,測定試樣在上述氣氛下的增重,計算試樣對NOx的吸附容量。
2.1 (Mn-Co)2.78/AC 試樣的 SEM 照片和 XRD結(jié)果
(Mn-Co)2.78/AC試樣的 SEM 照片見圖1。由圖1可見,(Mn-Co)2.78/AC試樣是形狀大小無規(guī)則的顆粒;顆粒的各個面上都有孔隙,斷面光滑,無金屬粒子的顆粒堆積,表明金屬氧化物粒子在AC上分散較好。
圖1 (Mn-Co)2.78/AC試樣的SEM 照片
(Mn-Co)2.78/AC試樣的 XRD譜圖見圖2。由圖2可見,上述所有試樣的XRD譜圖在2θ為26.5°和 44.5°附近都出現(xiàn)了石墨的衍射峰;當(dāng)焙燒溫度為400℃以上時,出現(xiàn)了負載的CoOx、MnOx組分的晶相峰;當(dāng)焙燒溫度為250℃時,未出現(xiàn)負載的CoOx、MnOx組分的晶相峰。
圖2 (Mn-Co)2.78/AC試樣的XRD譜圖
2.2 n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))對(MnCo)2.78/AC試樣的NOx吸附容量的影響
(Mn-Co)2.78/AC試樣經(jīng)400℃焙燒后吸附NOx2.0 h,n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))對(Mn -Co)2.78/AC試樣的 NOx吸附容量的影響見圖3。由圖3可見,n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16時,NOx吸附容量最大,為148.5 mg/g。故后續(xù)實驗均采用 n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16。
2.3 Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)對(Mn-Co)x/AC試樣的NOx吸附容量的影響
在焙燒溫度為400℃、n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16的條件下,Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)對(Mn-Co)x/AC試樣的NOx吸附容量的影響見表1。由表1可見,Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)為2.78%時,(Mn-Co)x/AC試樣的 NOx吸附容量最大,為157.92 mg/g。Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)太小時,NO催化氧化為NO2的作用較小,不利于NOx的吸附;Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)太大時,可能導(dǎo)致AC的比表面積下降或孔徑堵塞,不利于吸附的進行。
圖3 n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))對(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量的影響
表1 Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)對(Mn-Co)x/AC試樣的NOx吸附容量的影響
2.4 焙燒溫度對(Mn-Co)2.78/AC試樣的 NOx吸附容量的影響
焙燒溫度對(Mn-Co)2.78/AC 試樣吸附2.0 h的NOx吸附容量的影響見圖4。
圖4 焙燒溫度對(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量的影響
由圖4可見:焙燒溫度為250~400℃時,隨焙燒溫度升高,NOx吸附容量增大;焙燒溫度為400~500℃時,NOx吸附容量變化不大。故實驗最佳焙燒溫度為400℃。
2.5 吸附溫度對吸附性能的影響
不同吸附溫度下(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量見表2。由表2可見,隨吸附溫度升高,(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量減小。
表2 不同吸附溫度下(Mn-Co)2.78/AC試樣的NOx吸附容量
吸附了NOx的(Mn-Co)2.78/AC試樣快速升溫至200℃時,可以完全釋放出吸附的NOx而再生,若繼續(xù)快速升溫至400℃,不僅NOx脫附,而且(Mn-Co)2.78/AC試樣本身的質(zhì)量也有損失。
a)以顆粒狀A(yù)C為原料,將Co(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2溶液混合后浸潤到AC上,制備了負載Mn-Co復(fù)合氧化物的(Mn-Co)x/AC吸附劑。在 n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16、焙燒溫度為400℃、Mn-Co復(fù)合氧化物質(zhì)量分數(shù)為2.78%的最佳條件下,(Mn-Co)x/AC試樣的NOx吸附容量最大,為 157.92 mg/g。
b)隨吸附溫度升高,(Mn -Co)2.78/AC 試樣的NOx吸附容量下降;吸附了 NOx的(Mn-Co)2.78/AC試樣升溫至200℃時,可以完全釋放出吸附的NOx而再生。
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Adsorption of Nitrogen Oxides on Coconut Shell Activated Carbon Loaded with Mn-Co Mixed Oxides
Lin Feng,Li Weibin,Yang Liangzhen
(Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University,Shenzhen Guangdong 518055,China)
The adsorbent(Mn-Co)x/AC was prepared by loading Mn-Co mixed oxides on the granule coconut shell activated carbon,and its adsorption capability to NOxwas studied.The experimemntal results show that:Under the optimum conditions of n(Co)/(n(Mn)+n(Co))=0.16,calcination temperature 400℃ and Mn-Co mixed oxides mass fraction 2.78%,the adsorption capacity of NOxon the(Mn-Co)x/AC sample can come up to 157.92 mg/g;With the increase of adsorption temperature,the adsorption capacity of(Mn-Co)2.78/AC will decrease;When the temperature is increased to 200℃ ,the NOx-adsorbed(Mn-Co)2.78/AC sample can be regenerated by release the adsorbed NOxentirely.
coconut shell activated carbon;manganese oxide;cobalt oxide;nitrogen oxide;adsorption;waste gas treatment
X703.1
A
1006-1878(2011)05-0455-04
2011-03-26;
2011-05-08。
林峰(1984—),男,福建省福州市人,碩士生,主要研究方向為環(huán)境材料與污染物控制。電話 0755-26032125,電郵 linf08@mails.tsinghua.edu.cn。聯(lián)系人:黎維彬,電話 0755 -26036729,電郵 wbli@tsinghua.edu.cn。
國家“十一五”科技支撐計劃項目(2008BADC4B12)。
(編輯 祖國紅)