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泥磷制取次磷酸钠尾气的多相催化氧化研究

作　者: 刘伟文
导　师: 宁平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 泥磷磷化氢次磷酸钠多相催化氧化过氧化氢
分类号: TQ203.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 21次
引　用: 2次
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内容摘要

磷化工产业在云南省的经济中占有很大的比重,黄磷生产产生的废渣泥磷是一种含磷的有害混合物。泥磷与碱液反应制取次磷酸钠是一种有效回收单质磷的方法。制得的次磷酸钠是一种强还原剂,广泛应用于化学镀、食品加工等行业,具有较高的经济附加值。但这种治理方法将使泥磷中约20%的磷单质转化为磷化氢进入到尾气中,从而引起大气污染。本文以泥磷制取次磷酸钠排放的高浓度磷化氢为处理对象,设计采用多相催化氧化法处理此废气。采用过氧化氢溶液作为吸收液,采用浸渍焙烧法制备负载型催化剂,以固态加入,不带入其它杂质。在溶液碱性和游离钠离子存在的条件下,过氧化氢氧化磷化氢主要生成次磷酸钠与亚磷酸钠,从而提高泥磷中磷单质的综合回收效率。重点研究了单组分催化剂和双组分催化剂多相催化氧化泥磷制取次磷酸钠产生的高浓度磷化氢尾气的性能及机理。筛选了制备催化剂用载体；确定了单组分和双组分催化剂的活性组分；在活性组分确定的前提下对催化剂多相催化氧化磷化氢气体进行了单因素实验,研究了催化剂的催化性能；对催化剂进行了重复利用实验,考察了催化剂的稳定性；催化剂用SEM、XPS表征,为机理研究提供数据；通过基础实验数据和表征结果探讨了催化的机理；结合实验和表征的结果,明确了催化剂失活的原因,并对催化剂进行了再生研究。确定了4A沸石为单组分催化剂载体；单组分催化剂的浸渍溶液为Ce(NO3)3。单组分催化剂的单因素最佳制备实验条件为：浸渍液pH值为7；浸渍液浓度0.1mol/L;焙烧温度500℃。单组分催化剂单因素最佳反应条件：载气流量20mL/min；反应液pH13；反应温度20℃,过氧化氢体积分数6%；催化剂用量5g/L。对单组分催化剂进行了重复利用的实验,催化剂重复利用3次后,磷化氢转化率接近载体4A沸石作为催化剂时的转化率。对双组分催化剂进行了研究,确定了双组分催化剂载体为4A沸石；Ce(NO)3、Fe(NO)3是最佳的活性浸渍溶液；活性组分Ce:Fe摩尔比为1:1时催化剂多相催化氧化效率最高。最佳的多相催化氧化反应条件：反应液pH13；反应温度20℃,过氧化氢体积分数6%；催化剂用量2.5g/L。催化剂重复利用5次后,磷化氢转化率接近载体4A沸石作为催化剂时的转化率。对载体4A沸石、单组分催化剂和双组分催化剂进行了SEM和XPS表征。SEM表征分别观察了单组分催化剂与双组分催化剂表面在反应前后的变化,并与载体4A沸石进行了比较；XPS表征明确了单组分催化剂与双组分催化剂表面活性组分的类型,并通过比较表面活性组分形态在反应前后的变化,确定了催化剂的类型为氧化还原型催化剂,并初步推断了催化剂多相催化氧化的机理；实验和表征的结果确定了催化剂失活的原因是催化剂活性组分在过氧化氢溶液中的溶出；对催化剂进行再生的研究,明确了催化剂可有效再生。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 研究的主要内容  12-14
  1.3 研究的创新点  14-15
第二章文献综述  15-26
  2.1 泥磷简介  15-18
    2.1.1 泥磷来源  15-16
    2.1.2 泥磷的组成及性质  16-17
    2.1.3 泥磷的处理方法  17-18
  2.2 次磷酸钠简介  18-20
    2.2.1 次磷酸钠的性质  18
    2.2.2 次磷酸钠的制取方法  18-20
  2.3 磷化氢简介  20-23
    2.3.1 磷化氢的性质  20-21
    2.3.2 磷化氢的处理方法  21-23
  2.4 过氧化氢简介  23-26
    2.4.1 过氧化氢的性质  23
    2.4.2 过氧化氢在环境保护方面的应用  23-26
第三章实验方法及分析  26-32
  3.1 催化剂的制备方法  26-27
    3.1.1 催化剂制备设备与材料  26
    3.1.2 制备方法的选择  26
    3.1.3 催化剂载体及活性组分的选择  26
    3.1.4 催化剂的制备  26-27
  3.2 磷化氢多相催化氧化实验  27-29
    3.2.1 实验设备与材料  27
    3.2.2 实验流程与条件  27-29
    3.2.3 实验方法  29
  3.3 催化剂的表征  29-30
    3.3.1 SEM表征  29-30
    3.3.2 XPS表征  30
  3.4 分析方法  30-32
    3.4.1 泥磷成分的分析  30
    3.4.2 反应过程中次磷酸钠含量与亚磷酸钠的测定  30-31
    3.4.3 磷化氢浓度的测定  31-32
第四章单组分催化剂实验结果与讨论  32-48
  4.1 实验所用的泥磷组成  32
  4.2 单组分催化剂的制备  32-39
    4.2.1 催化剂载体的选择  32-33
    4.2.2 催化剂活性组分的选择  33-35
    4.2.3 浸渍液pH的影响  35-36
    4.2.4 浸渍液浓度的影响  36-37
    4.2.5 焙烧温度的影响  37-38
    4.2.6 最佳单组分催化剂制备条件的确定  38-39
  4.3 单组分催化剂多相催化氧化实验  39-46
    4.3.1 载气流量的影响  39-40
    4.3.2 反应液pH的影响  40-41
    4.3.3 反应温度的影响  41-43
    4.3.4 过氧化氢体积分数的影响  43-45
    4.3.5 催化剂用量的影响  45-46
  4.4 单组分催化剂的重复使用  46-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章双组分催化剂实验结果与讨论  48-59
  5.1 双组分催化剂的制备  48-51
    5.1.1 催化剂活性组分配方的选择  48-49
    5.1.2 催化剂活性组分配方用量的选择  49-51
  5.2 双组分催化剂多相催化氧化实验  51-57
    5.2.1 反应液pH的影响  51-52
    5.2.2 反应温度的影响  52-54
    5.2.3 过氧化氢体积分数的影响  54-55
    5.2.4 催化剂用量的影响  55-57
  5.3 双组分催化剂的重复使用  57
  5.4 本章小结  57-59
第六章反应机理分析  59-87
  6.1 催化剂的表征  59-76
    6.1.1 SEM表征  59-61
    6.1.2 XPS表征  61-76
  6.2 机理分析  76-85
    6.2.1 磷元素及其氧化态的性质  76-78
    6.2.2 过氧化氢的性质  78
    6.2.3 催化反应机理分析  78-82
    6.2.4. 催化剂的失活与再生  82-85
  6.3 本章小结  85-87
第七章结论与建议  87-89
  7.1 结论  87-88
  7.2 建议  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-94
附录A 泥磷组分的测定  94-98
附录B 次磷酸钠的测定方法  98-101
附录C 攻读硕士期间发表的论文及专利  101

泥磷制取次磷酸钠尾气的多相催化氧化研究

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