钛基石墨烯用于催化脱除燃煤烟气多污染物的研究

Multi-pollutants, such as SO2、NOx and heavy metal（i.g. mercury） from coal-fired process releasing into atmosphere is an important factor in the deterioration of the quality of atmospheric environment.Photocatalysis, an environmentally-friendly technology of flue gas treatment, is one of the research hotspots in the field of air pollution control.Graphene, as one of emerging catalyst support, complexing with TiO2 will have stronger photocatalysis activity than usual materials. In this work, a new complex material of Ti-based graphene will be prepared using Hummers Method and ultrasound peel technology for controlling flue gas pollution. The photocatalytic effects of graphene or carbon materials as carrier will be comparative analyzed, exploring the best load condition and ways of graphene supported titanium-based materials. A batch of simulated flue gas removal experiments about the prepared complex Ti-based graphene will be carried out. Various effects, such as catalysis dose, oxygen content,catalytic temperature, humidifity, concentrations and components of flue gas, etc.,on the catalytic activity and removal efficiencies, would be investigated, and then the optimal condition will be determined.Meanwhile, the catalysis and removal products will be analized and characterized by various analysis and testing tools. Catalytic removal model will be founded using adsorption theory and surface catalysis. On the basis of experimental and theoretical results, a new process of flue gas treatment using graphene will be formed to suit for industrial application.

燃煤过程中排放到大气中的SO2、NOx以及重金属（如汞）等烟气多污染物是导致大气环境质量恶化的重要因素。环境友好型烟气处理技术--光催化法是空气污染治理领域的研究热点之一。石墨烯作为一种新兴的催化剂载体与TiO2复合后较以往材料具有更强的光催化活性。本项目拟利用Hummers法和超声剥离技术制备一种用于烟气治理的钛基石墨烯复合材料，并对石墨烯和活性炭材料分别作为载体时的光催化效果进行对比分析，探索石墨烯负载钛基材料的最佳负载方式和条件。利用制备的钛基石墨烯复合材料进行一系列模拟烟气脱除实验，考察催化剂含量、含氧量、催化温度、湿度以及烟气浓度和组分等诸多因素对催化活性和脱除效率的影响，从而确定最佳工艺条件。利用多种现代分析测试手段对催化剂和脱除产物进行分析与表征，进而揭示石墨烯催化脱除烟气多污染物的反应机理。利用吸附理论与表面催化等理论手段，建立催化脱除反应模型。根据实验和理论结果，形成一套适宜工业应用的石墨烯烟气处理新工艺。

近年来空气污染日趋严重，我国及世界各国都非常重视烟气同时脱硫脱硝脱汞技术的研究，其中光催化法脱硫脱硝脱汞技术具有绿色环保、无二次污染，操作简单，并且产物易于处理等优点而日益受到关注。本研究首次研制了一种多元掺杂的钛基石墨烯为光催化剂，并研制了一种针对工业应用的光催化反应器， 进行了基于钛基石墨烯光催化剂的烟气同时脱硫脱硝实验研究。根据理论和实验研究结果，提出了一种可见光下光催化烟气治理技术。项目研究过程中，发表研究论文18篇，其中SCI收录8篇，EI收录3篇；专利16项，其中国家发明专利7项（授权1项，实审6项），实用新型授权4项，软件著作权授权5项，参加会议6次，国际会议4次，国内会议2次；培养学生16名，培养青年学者4名。.本项目的创新点: .（1）开发新型钛基石墨烯光催化材料，可以实现可见光下的高效烟气脱硫脱硝脱汞，克服了传统光催剂存在的制备手续繁琐、费用高且在可见光下无效或者低效等缺陷；.（2）利用自主研发的光催化装置进行试验，确定钛基石墨烯光催化同时脱硫脱硝脱汞的最佳工艺条件。.（3）进行了密度泛函计算，揭示了基于钛基石墨烯的光催化烟气多污染物脱除机理，并建立了效率预测模型和RSM模型。. . 该工艺结构紧凑，占地面积小，运行费用较低，无二次污染，对我国酸雨污染控制具有重要的环境意义；此技术可以降低企业的污染治理成本，从而为企业带来了显著的经济效益；同时本技术的采用可以减少酸雨前体物的产生，提高人民的生活质量，保障人民身体健康，对建立环境友好性社会具有重要的社会意义。