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NOx和SOx脫除方法
發(fā)布時間：2023-02-07 瀏覽量：2703
大氣中的 SO2和氮氧化物(NOx)主要來源于高溫燃燒過程，是二次有機氣溶膠(SOAs)形成的最重要的前體物之一，同時還是造成酸雨、光化學(xué)煙霧和臭氧層破壞等嚴重環(huán)境污染的關(guān)鍵因素。因此，控制和減少SOx和NOx排放對于大氣污染防控至關(guān)重要。當(dāng)前，濕式煙氣脫硫系統(tǒng)被認為是去除SO2的最有效方法之一，然而其面臨設(shè)備易腐蝕、二次污染和高能耗的問題。選擇性催化還原、非催化還原、三效催化、生物過濾和吸附等技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用于NOx消除，但也存在二污染和高能耗等問題。因此，新型實用凈化技術(shù)的開發(fā)意義重大。
光催化是室溫凈化NOx和 SOx的有效技術(shù)，在過去的幾十年中受到了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。用于凈化 NOx和SOx的光催化劑主要分為兩大類:TiO2基光催化劑和非TiO2基光催化劑。具有多孔結(jié)構(gòu)的光催化劑具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)，有助于反應(yīng)物的吸附和傳質(zhì)、光生電荷的分離和遷移。因此多孔光催化劑，特別是在可見光區(qū)，對低濃度 NOx和 SOx的催化消除表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。比如，研究者以TiCl4和二乙醇胺為前驅(qū)體，采用直接液相碳化方法可將 C 摻雜到介孔TiO2晶格替代O原子。發(fā)現(xiàn) C 的摻雜能夠有效地將TiO2光的吸收區(qū)域延伸到可見區(qū)，太陽光照射下，該催化劑比商用TiO2(P25)光催化劑對室內(nèi)空氣水平下的NO 降解，表現(xiàn)出更高效的去除效率。經(jīng)過 40min 的太陽光照射后，在 500℃下煅燒的 C 摻雜到介孔 TiO2光催化劑的 NO 凈化率達 25%，遠高于純 TiO2樣品上的8%。多孔結(jié)構(gòu)以及 C元素的摻雜是其具有良好光催化凈化活性的主要原因。Yamashita 等開展了高流速下TiO2對NO光催化分解性能的研究，包括預(yù)處理和反應(yīng)條件對催化性能的影響。他們制備了一系列不同 TiO2含量的 Ti-MCM-41 多孔光催化劑，并評價了其對 NO 的光催化降解性能。
發(fā)現(xiàn)TiO2的含量和分散度是影響光催化降解 NO 性能的關(guān)鍵，多孔載體有利于TiO2的高度分散。類似的工作也引起了研究者的廣泛興趣。采用固相法可以直接將TiO2和HZSM-5進行復(fù)合，得到高效的多孔TiO2/HZSM-5光催化劑。采用溶膠 - 凝膠法合成多壁碳納米管負載的TiO2(MWCNTs@TiO2) 和多碳納米管負載的 Cu摻雜的 TTiO2(MWCNTs@Cu-TiO2)光催化劑，發(fā)現(xiàn) MWCNTs@Cu-TiO2,具有優(yōu)異的紫外和可見光區(qū)域光學(xué)性質(zhì)。在固定床反應(yīng)器中評價了催化劑對模擬煙氣中 SO2和 NO的去除效率。發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)反應(yīng)條件下(73 mg/m3NO、155 mg/m3 SO2、8% 02、5%H20)，15%MWCNTs@Cu-TiO2,對 SO2和NO 的光催化去除率分別達 62% 和43%。該催化劑良好的催化活性與其較高的TiO2分散性、修飾的電子結(jié)構(gòu)、較多的表面氧空位以及 MWCNTs 良好的導(dǎo)電性相關(guān)。
在非TiO2基光催化劑中，金屬鎢酸鹽是一類對氣體污染物光催化降解的有效催化劑。采用超聲噴射熱解法，研究者成功制備了多孔 ZnWO4微球催化劑，發(fā)現(xiàn)該催化劑對 NOx降解表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化凈化性能，證實較大的比較面積和多級孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物的吸附、傳質(zhì)以及光生電荷的分離和遷移。采用微波輔助的水熱法，研究者合成了三維多級孔 Bi2WO6微球，該光催化劑具有較大的比表面積(37.2 m2/g)和多級孔結(jié)構(gòu)(介孔和大孔)，同樣對 NO 光催化凈化表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。大的比表面積提供更多的活性位點并有利于光的捕獲，多級孔結(jié)構(gòu)利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴散以及電子- 空穴的分離。因此，在可見光下對催化消除空氣中 NO(400uL/m3)表現(xiàn)出較高的凈化效率，30 min 降解后去除率高達 52%。除了金屬鎢酸鹽光催化劑，一些常見氧化物光催化劑同樣對 NO 降解表現(xiàn)出較高的催化活性。氧化鋅具有寬的帶隙(3.37 eV)、較高的光敏性與穩(wěn)定性、低成本和低毒性，被認為是最重要的金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑之一。與商用 ZnO 納米粒子相比，將 ZnO制備成多孔結(jié)構(gòu)能夠有效促進其對大氣污染物的吸附，從而大大提高其光催化凈化污染物(NOX、SO2,和CO)性能。以二氧化硅(KIT-6)為模板，采用納米澆筑法可以合成有序介孔釩酸(BiVO4)光催化劑。
與傳統(tǒng)的BiVO4相比，該催化劑在可見光照射下對亞甲基藍和空氣中 NO 氣體的降解均表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化氧化性能。研究認為介孔BiVO4的高催化凈化效率與其小的晶體尺寸、大的表面積和多孔結(jié)構(gòu)相關(guān)。此外，一些新型光催化劑同樣對NO 表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化凈化效率。研究表明將(BiO)2CO3和MoS2進行復(fù)合能明顯提高催化劑對NO 的去除效率。在可見光照射 30 min 后，(BiO)2CO3/MoS2-5% 催化劑表現(xiàn)出最高的凈化效率(57%)，遠高于(BiO)2CO3上的 24%。研究認為該催化劑三維層狀結(jié)構(gòu)有利于分子的擴散和對光的吸收，其良好的光催化凈化性能與其較強的光吸收能門、有效的電荷轉(zhuǎn)移以及(BiO)2CO3和MoS2之間的相互作用相關(guān)。
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