纳米阵列负载活性半焦新型脱硫剂的制备及脱硫机理研究

For the present, the technology of desulfurization for the coal-fired power plant has many serious problems, such as high investment and operating costs，more solid waste. Especially it is hard to meet the emissions requirements of the government. Therefore, it is necessary to study new desulfurizer for integrating the desulfurization. This project is focus as follow: (1) The process and mechanism for the activation of semi-coke. (2)The technical of CeO2 coated on activated semi-coke by the hydrothermal process and the template method. Nano-particles and nano-array were loaded on activated semi-coke by controlling the temperature, time, concentration of liquid and pH value. Furthermore, the relationship between composion, microstructure, morphology, surface physicochemical properties and preparation technology were investigated. (3) The evaluation on the capacity and reaction mechanism of desulfurization of the compound catalyst were investigated systematically.The mechnisms of sdsorption and desorption, and concerted catalysis and collaborative redution were studied during the desulfurizer process, which established the theoretical basis for the appication of new desulfurizer.

本项目针对燃煤锅炉烟气脱硫投资和运行成本大、副产物难再利用、SO2排放量居高不下、难以满足国家对SO2排放要求等问题，开展纳米阵列负载活性半焦新型脱硫剂的研究，揭示制备工艺对半焦表面物理/化学性质的影响规律，以及活性组分对半焦协同催化/转化吸附脱硫的作用机理，通过新型热再生工艺实现硫的回收利用。具体研究：（1）半焦活化工艺对其表面物理、化学性质的影响规律，揭示半焦活化机理。（2）半焦改性工艺与机理研究：采用模板法与定向生长技术相结合在表面成分和结构复杂的半焦表面原位生长CeO2等纳米阵列；揭示负载工艺对半焦组成、微观结构形貌、表面物理化学性质的影响规律；通过调控工艺参数，获取最优的改性工艺路线制备新型高效脱硫剂。（3）系统研究烟气成分、温度、负载工艺对脱硫效率的影响规律，探讨活性半焦孔隙结构及不同表面活性位点对吸附过程的作用机制，揭示SO2吸附与解吸机理，为新型脱硫剂工业应用奠定理论基础。

SO2的减排控制在我国具有特殊的重要意义，我国是煤炭大国，一次能源以煤为主，“富煤、少油、贫气”的能源结构使得我国在较长时间以来以及在未来的很长一段时间内对煤炭高度依赖。目前，工业SO2的排放虽有所下降，但仍占总排放量的90%以上，对大气环境造成了严重威胁，特别是近几年，雾霾天气频发，人们迫切需求限制工业烟气排放，并对其进行有效治理。目前，我国工业上脱硫主要采用石灰石-石膏法，但此法存在投资和运行成本高、占地面积大、副产物（石膏）难以利用等一系列问题，多数依赖国家补贴维持运行，并且SO2的排放一直居高不下。因此寻求价格低廉的新型脱硫剂，迫在眉睫。本项目针对燃煤锅炉烟气脱硫投资和运行成本大、副产物难再利用、SO2排放量居高不下、难以满足国家对SO2排放要求等问题，开展纳米阵列负载活性半焦新型脱硫剂的研究，揭示制备工艺对半焦表面物理/化学性质的影响规律，以及活性组分对半焦协同催化/转化吸附脱硫的作用机理，通过新型热再生工艺实现硫的回收利用。通过本项目的研究，获得了如下成果，（1）半焦活化工艺与机理。通过对不同产地半焦活化工艺进行研究，获得了不同活化方法、活化剂种类、活化工艺对半焦表面物理化学性能以及脱硫性能的影响规律，并系统研究了脱硫反应机理；（2）半焦改性工艺与机理研究：采用模板法与定向生长技术相结合在表面成分和结构复杂的半焦表面原位生长CeO2等纳米阵列；揭示了氧化铈、氧化铜MOFs、氧化锰等元素对半焦表面进行改性，获得了负载工艺对半焦组成、微观结构形貌、表面物理化学性质的影响规律；通过调控工艺参数，获取最优的改性工艺路线制备新型高效脱硫剂。（3）系统研究烟气成分、温度、负载工艺对脱硫效率的影响规律（4）深入探讨活性半焦孔隙结构及不同表面活性位点对吸附过程的作用机制，揭示SO2吸附与解吸机理（5）最后，探讨研究了纳米材料负载活性半焦的复合脱硫剂的再生工艺与机理，为新型脱硫剂工业应用奠定理论基础。