高壓脈沖等離子體催化還原no的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，屬于廢氣處理的方法領(lǐng)域。所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，包括以下步驟：將催化劑填充于由石英材質(zhì)制造的三通固定流動反應(yīng)器中，頂端口接廢氣、旁端口接CH4氣體、底端口為出氣，通過脈沖調(diào)壓器可控制安裝在固定流動反應(yīng)器中的脈沖電極上的脈沖電壓，在一定的溫度與脈沖電壓，以及一定的CH4濃度下，以一定的流速通入廢氣，底端口出氣即為去除NO后的氣體。本發(fā)明所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，在溫度440℃，脈沖電壓為22000V時，NO的去除率可達53%，并且NO去除率隨脈沖極間電壓的升高而提高，所述的方法具有工藝簡單、操作方便、NO去除率高等特點，可廣泛應(yīng)用于廢氣或汽車尾氣治理中。
【專利說明】高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，屬于廢氣處理的方法領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]廢氣中的氮氧化合物的排放是一個嚴重的環(huán)境問題，日益引起人們的關(guān)注。因此，氮氧化合物的脫除已成為目前催化研究的一個熱點。近幾年，人們越來越關(guān)注用CH4選擇性催化還原NO，其主要原因是:(I)甲烷是天然氣的主要成分，儲量豐富，成本低廉；(2)汽車燃料不完全燃燒排放的氣體烴主要成分中20%是甲烷；(3)使用天然氣作燃料的汽車排放的尾氣中含有大量的CH4。
[0003]迄今為止發(fā)現(xiàn)C0、Mn和Ni離子交換的ZSM-5分子篩對CH4選擇性催化還原NO具有較高的活性，然而甲烷分子中碳原子的SP3雜化使得C-H鍵能很強(約422kJ / mol)，屬烴類中最難活化的分子，一般選擇還原NO條件比較苛刻，效率不高。非平衡等離子體由于它的高效和能同時處理多種污染物在環(huán)境治理方面的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是處理氣態(tài)污染物，被認為是一種最恰當?shù)奶幚矸椒?，例如脈沖等離子體催化還原脫硫，脈沖電暈等離子體脫氮等。同時，脈沖等離子體與催化劑協(xié)同作用(以下簡稱協(xié)同催化)提高催化劑活性已有不少文獻報道，在反映體系加入脈沖等離子體，通過活化甲烷可以提高氮氧化合物的去除的效率。
[0004]因此，研究一種工藝簡單、操作方便、利用高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法具有一定的經(jīng)濟與環(huán)境效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種工藝簡單、操作方便、利用高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法。
[0006]本發(fā)明所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，包括以下步驟:
將催化劑填充于由石英材質(zhì)制造的三通固定流動反應(yīng)器中，頂端口接廢氣、旁端口接CH4氣體、底端口為出氣，通過脈沖調(diào)壓器可控制安裝在固定流動反應(yīng)器中的脈沖電極上的脈沖電壓，在一定的溫度與脈沖電壓，以及一定的CH4濃度下，以一定的流速通入廢氣，底端口出氣即為去除NO后的氣體。
[0007]優(yōu)選的，本發(fā)明所述的催化劑為C0-ZSM-5分子篩，其制備方法為配制0.03mol/L的CO(NO3)2水溶液，并用NH4OH調(diào)節(jié)pH為9，與市售Na_ZSM_5分子篩室溫下攪拌交換24h后，抽濾洗滌，于120°C烘箱中經(jīng)12h烘干制得。
[0008]更優(yōu)選的，本發(fā)明所述的脈沖電壓為14000V-22000V，反應(yīng)溫度為330°C _450°C。
[0009]進一步優(yōu)選的，本發(fā)明所述的CH4濃度為氣體中NO的濃度。
[0010]更進一步優(yōu)選的，本發(fā)明所述的廢氣流速為在固定流動反應(yīng)器停留時間為10-15S。
[0011]本發(fā)明所述的方法，采用高壓脈沖等離子體在催化劑作用下在CH4選擇性催化還原NO，其反應(yīng)機理是:脈沖等離子體氛圍下的C0-ZSM-5催化劑比沒有脈沖等離子體氛圍下的C0-ZSM-5催化劑的活化溫度降低，活性升高，這可能是由于脈沖等離子體與催化劑之間存在一種協(xié)同作用。這種協(xié)同作用的存在，可以從反應(yīng)機理來解釋。反應(yīng)機理大致可看成兩個過程:(I)引發(fā)自由基:脈沖等離子體斷裂C-H鍵，活化CH4,引發(fā)強還原性自由基CH3.，引發(fā)自由基的活性粒子主要是:高能電子e ( ε >10eV),N2 ( A)^P N2 ( X,v) (N2、空氣等離子體)、0 (ID) (O2、空氣等離子體)。這些活性粒子與甲烷分子碰撞發(fā)生反應(yīng)生成強還原性CH3.自由基。(2)強還原性CH3.自由基參與催化還原反應(yīng):反應(yīng)的第一步是在C0-ZSM-5催化劑作用下生成NO2,由于NO2中有不成對電子，它能活化不大活潑的CH4而生成CH3.自由基，這一步是整個反應(yīng)的決速步。同時在脈沖等離子體條件下，甲烷易于形成強還原性的CH3.自由基，然后自由基參與反應(yīng)，對整個反應(yīng)起促進作用。生成的自由基再與NO2結(jié)合成硝基甲烷CH3NO2，這個機理中，可以解釋脈沖等離子體的存在會加速反應(yīng)進行。在脈沖等離子體條件下，甲烷易于形成強還原性的CH3.自由基，然后自由基參與了反應(yīng)，對整個反應(yīng)起促進作用。
[0012]在本發(fā)明所述的方法中，甲烷選擇性還原氧化氮反應(yīng)中，不放電的條件下，在330°C反應(yīng)開始階段NO開始去除，在440°C時，NO去除率達到最大(46.5%)。反應(yīng)溫度進一步升高，NO去除率迅速下降。這可能是CH4在5001:時容易發(fā)生燃燒反應(yīng)，從而使反應(yīng)氣氛中CH4量減少?？梢姺磻?yīng)的最佳活性溫度是CH4接近發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度，說明NO去除率在高溫時的降低與反應(yīng)氣氛中CH4量的減少有關(guān)。當反應(yīng)體系在放電條件下，330°C -450°C時，反應(yīng)體系中加入脈沖等離子體比未加脈沖等離子體NO的去除率能夠提高10%左右。但隨著溫度的升高，加入脈沖等離子體比未加脈沖等離子體，NO的去除率提高的幅度減少，直至沒差別。在450°C -500°C時，脈沖等離子體的加入對NO轉(zhuǎn)化率基本上沒什么影響，可能是高溫對CH4的活化已大大的超過了脈沖等離子體對CH4的活化。
[0013]當脈沖調(diào)壓器輸出電壓在14000-22000V變化時，NO的去除率隨脈沖極間電壓的增大而增大，但增幅不大。隨著脈沖極間電壓V的增大,針頭的場強Eg也增大。Eg的增大導(dǎo)致針孔內(nèi)和周圍的放電的強度增強和電子獲得電場的功率增大。因此，電子有更多的能量傳遞給CH4分子，能使針孔間和周圍的CH4更充分地活化，氣體中被活化的活性基團也越多。等離子體中強還原性活性基團的增加，導(dǎo)致脫硝反應(yīng)順利地進行，從而有效地提高了脫硝率。在同一溫度、同一脈沖放電電壓22000V下，隨脈沖電極位置的不同，CH4選擇性催化還原NO具有不同的活性。實驗數(shù)據(jù)表明:脈沖電極在催化劑上方比放在支管里CH4選擇性催化還原NO具有更高的活性，其可能原因是在脈沖放電條件下，脈沖等離子體斷裂C-H鍵，活化CH4，引發(fā)強還原性自由基CH3.。
[0014]本發(fā)明所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，在溫度440°C，脈沖電壓為22000V時，NO的去除率可達53%，并且NO去除率隨脈沖極間電壓的升高而提高，所述的方法具有工藝簡單、操作方便、NO去除率高等特點，可廣泛應(yīng)用于廢氣或汽車尾氣治理中。

【具體實施方式】
[0015]實施例一:
配制0.03mol/L的CO(NO3)2水溶液，并用NH4OH調(diào)節(jié)pH為9，與市售Na_ZSM_5分子篩室溫下攪拌交換24h后，抽濾洗滌，于120°C烘箱中經(jīng)12h烘干制得催化劑C0-ZSM-5分子篩。
[0016]將催化劑C0-ZSM-5分子篩填充于由石英材質(zhì)制造的三通固定流動反應(yīng)器中，頂端口接廢氣、旁端口接CH4氣體、底端口為出氣，通過脈沖調(diào)壓器可控制安裝在固定流動反應(yīng)器中的脈沖電極上的脈沖電壓，在反應(yīng)溫度330°C _450°C與脈沖電壓14000V-22000V，以及與氣體中NO的濃度一樣的CH4濃度下，以一定的流速(廢氣流速為在固定流動反應(yīng)器停留時間為10-15S)通入廢氣，底端口出氣即為去除NO后的氣體。
[0017]實施例二:處理效果
利用本發(fā)明所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，在溫度440°C，脈沖電壓為22000V時，NO的去除率可達53%。
【權(quán)利要求】
1.高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，包括以下步驟: 將催化劑填充于由石英材質(zhì)制造的三通固定流動反應(yīng)器中，頂端口接廢氣、旁端口接CH4氣體、底端口為出氣，通過脈沖調(diào)壓器可控制安裝在固定流動反應(yīng)器中的脈沖電極上的脈沖電壓，在一定的溫度與脈沖電壓，以及一定的CH4濃度下，以一定的流速通入廢氣，底端口出氣即為去除NO后的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，其特征在于所述的催化劑為C0-ZSM-5分子篩，其制備方法為配制0.03mol/L的CO (NO3) 2水溶液，并用NH4OH調(diào)節(jié)pH為9，與市售Na-ZSM-5分子篩室溫下攪拌交換24h后，抽濾洗滌，于120°C烘箱中經(jīng)12h烘干制得。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，其特征在于所述的脈沖電壓為14000V-22000V，反應(yīng)溫度為330°C _450°C。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，其特征在于所述的CH4濃度為氣體中NO的濃度。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓脈沖等離子體催化還原NO的方法，其特征在于所述的廢氣流速為在固定流動反應(yīng)器停留時間為10-15S。
【文檔編號】B01D53/56GK104307361SQ201410537049
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】陸強 申請人:陜西華陸化工環(huán)保有限公司