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负载型γ-Al_2O_3催化剂上CO还原SO_2的研究

作　者: 王学海
导　师: 张涛
学　校: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
专　业: 工业催化
关键词: CO SO2 Fe2O3/γ-Al2O3 预硫化 微波等离子体
分类号: O643.32
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 282次
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内容摘要


SO2是主要的大气污染物之一,目前以湿法脱硫为主的工艺存在投资和操作费用大,产生二次污染等诸多缺点。采用直接催化还原SO2为单质硫的工艺过程不仅可以消除SO2污染,而且可以回收单质硫。本文重点对CO还原SO2为单质硫的催化剂进行研究。首先对具有不同载体和活性组分的催化剂进行考察,发现Fe含量为20%的Fe2O3/γ-Al2O3催化剂具有最好的催化性能。在最佳的反应条件下,采用比表面积448 m2/g的γ-Al2O3为载体,在反应温度300℃时即可获得99.98%的SO2转化率和99.27%的硫收率,这也是目前文献中报道的性能最好的催化剂之一。催化剂的活性物种FeS2是在预硫化过程中形成的,通过对预硫化过程的详细研究,提出了以反应气为硫化剂的预硫化机理。为了进一步理解催化机理,我们采用SO2-TPD、CO-TPSR和CO-TPR等表征手段并结合XRD对Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的表面性质进行研究,发现:硫化后的催化剂表面形成了两种FeS2物种:活泼的FeS2物种和不活泼的FeS2物种。活泼的FeS2物种可在较低的温度下生成COS而不活泼的FeS2物种只有在高温下才能生成COS。活泼的FeS2物种是反应中的主要活性中心。我们还发现:La、Ce、Zr的添加增加了Fe2O3/γ-Al2O3催化剂上活泼FeS2物种的数目,从而增强Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的活性。最后,本文首次将微波等离子体引入CO还原SO2反应体系中,发现微波和催化作用的耦合大大降低了反应温度。即使没有催化剂的存在,在微波等离子体的作用下,碳也可以有效地还原SO2。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-11
第一章 文献综述  11-48
  1.1 SO_2 的催化还原  11-23
    1.1.1 引言  11-13
    1.1.2 催化还原二氧化硫的研究现状  13-21
      1.1.2.1 炭热还原SO_2  14-15
      1.1.2.2 H_2 还原SO_2  15-16
      1.1.2.3 CH_4 还原SO_2  16-18
      1.1.2.4 CO 还原SO_2  18-21
        1.1.2.4.1 负载型催化剂  18-19
        1.1.2.4.2 金属氧化物催化剂  19-21
    1.1.3 CO 还原SO_2 的反应机理  21-22
      1.1.3.1 COS 中间产物机理  21
      1.1.3.2 氧化还原机理  21-22
      1.1.3.3 混合机理  22
    1.1.4 小结  22-23
  1.2 微波辐射辅助催化反应  23-32
    1.2.1 引言  23-24
    1.2.2 微波加热在催化材料合成中的应用  24-25
    1.2.3 微波加热在催化剂制备中的应用  25-27
    1.2.4 微波加热在催化反应中的应用  27-30
    1.2.5 微波放电在催化反应中的应用  30-32
  1.3 本论文的目的和出发点  32-34
  参考文献  34-48
第二章 实验总述  48-53
  2.1 实验原材料和试剂  48-49
  2.2 催化剂的制备  49-50
    2.2.1 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的制备  49
    2.2.2 Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3 催化剂的制备  49-50
    2.2.3 FeS_2 的制备  50
  2.3 催化剂的活性评价  50-51
  2.4 催化剂的表征  51-53
    2.4.1 催化剂比表面积及孔径的测定  51
    2.4.2 XRD  51-52
    2.4.3 SO_2-TPD/MS、CO(COS)-TPR/MS 和CO(COS)-TPSR/MS  52-53
第三章 CO 催化还原SO_2反应研究  53-72
  3.1 引言  53-54
  3.2 氧化铝负载不同金属催化剂的催化性能  54-55
  3.3 不同载体负载Fe_2O_3 催化剂的催化性能  55-58
  3.4 不同制备方法对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  58-60
  3.5 不同预硫化方法对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  60
  3.6 Fe 含量对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  60-63
  3.7 原料中SO_2/CO 摩尔比对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  63
  3.8 反应气浓度对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  63-66
  3.9 O_2, H_2O 或CO_2 对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂催化性能影响  66-67
  3.10 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的稳定性  67
  3.11 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂与其它催化剂比较  67-69
  3.12 小结  69-70
  参考文献  70-72
第四章 COS 还原SO_2的反应研究  72-78
  4.1 引言  72
  4.2 载体和负载型催化剂的催化性能  72-75
  4.3 改性载体的催化性能  75
  4.4 小结  75-76
  参考文献  76-78
第五章 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂上CO 还原SO_2的机理研究  78-105
  5.1 引言  78
  5.2 FeS_2/γ-Al_2O_3 催化剂的 SO_2-TPD、CO- TPR(or TPSR)和 XRD 表征  78-85
  5.3 γ-Al_2O_3 和FeS_2/γ-Al_2O_3 催化剂上COS-TPR 和COS-TPSR 表征  85-89
  5.4 FeS_2/γ-Al_2O_3 催化剂的FPST 表征  89-91
  5.5 不同载体负载Fe_2O_3 催化剂的表征  91-97
  5.6 不同Fe 含量Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的表征  97-100
  5.7 不同预硫化方法制备的Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的XRD 表征  100-101
  5.8 不同γ-Al_2O_3 负载Fe_2O_3 催化剂的XRD 表征  101-103
  5.9 小结  103-104
  参考文献  104-105
第六章 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂预硫化过程的研究  105-115
  6.1 引言  105-107
  6.2 不同反应气组成通过催化剂床层时尾气组分浓度随时间的变化  107-108
  6.3 不同预硫化阶段Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的XRD 谱图  108-109
  6.4 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂的CO-TPR 和XRD 表征  109-111
  6.5 Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 预硫化机理  111-113
  参考文献  113-115
第七章 Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3催化剂CO 还原SO_2的研究  115-129
  7.1 引言  115-116
  7.2 Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3 催化剂的催化性能  116-117
  7.3 不同M 含量的Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3 催化剂的催化性能  117-121
  7.4 Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3 催化剂的SO_2-TPD 表征  121-122
  7.5 Fe_2O_3/M-γ-Al_2O_3 催化剂的CO-TPSR 表征  122-125
  7.6 小结  125-126
  参考文献  126-129
第八章 微波辅助CO 还原SO_2的研究  129-161
  8.1 引言  129-130
  8.2 微波加热下Fe_2O_3/γ-Al_2O_3 催化剂上CO 还原SO_2 的研究  130-139
    8.2.1 实验部分  130-132
    8.2.2 微波加热制备的催化剂的催化性能  132-134
    8.2.3 微波加热下与常规加热下催化反应性能比较  134-138
    8.2.4 微波加热下CO 还原SO_2 的反应机理  138-139
  8.3 微波等离子体CO 还原SO_2 的研究  139-150
    8.3.1 实验部分  139-140
    8.3.2 常压微波等离子体的形成  140-143
    8.3.3 常压微波等离子体辅助催化CO 还原SO_2  143-149
    8.3.4 常压微波等离子体辅助催化CO 还原SO_2 机理  149-150
  8.4 微波等离子体辅助炭还原SO_2 的研究  150-155
    8.4.1 实验部分  151
    8.4.2 微波等离子体辅助炭还原SO_2  151-154
    8.4.3 微波等离子体下炭还原SO_2 的反应机理  154-155
  8.5 小结  155-156
  参考文献  156-161
第九章 结论  161-163
后记  163-164
作者简介  164
发表文章  164-165
致谢  165

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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