负载型催化剂在亚硫酸盐氧化反应体系中的动力学促进机制

Sulfite oxidatin is a key process in the wet desulfurization,which can be significantly accelerated by catalysts of transition metals. However, the previous theoretical research focused on the effect of liquid catalysts, resulting in a high cost of application and serious secondary pollution. In this project, the preparation method would be explored being suitable for the practical oxidation condition of the wet desulfurization, in terms of calcium sulfite, magnesium sulfite, sodium sulfite and ammonium sulfite. As a result, catalysts of transition metals including cobalt, manganese, and ferrous etc., would be supported on the porous materials, such as silica gel and molecular sieve. Further employing the modern instrument analysis, the relationship between the microstructure and physicochemical property with the catalytic performance would be investigated. In addition, the regulation rule of different sulfite oxidation systems in presence of supported catalysts would be studied in order to reveal the pathway and kinetic mechanism, with the adsorption reaction taking place on the surface of catalysts. The characteristic of catalyst loss into the reaction solution would be analyzed as well. Moreover, the preparation technology of catalysts would be studied involving not only the powder sample, but the whole moulding materials. Thus the technology scheme about the sulfite oxidation in presence of supported catalysts would be accomplished. The research result will develop the controlled theory of sulfite oxidation from liquid catalytic stage to solid catalytic stage, resulting in much breakthroughs in the application of the oxidation catalysts in the desulfurization, which has theoretical significance and practical value.

亚硫酸盐的氧化反应是湿法脱硫工艺中的关键步骤，过渡金属催化剂对该过程有重要的促进作用，但现有理论仍局限于液相催化剂的作用机制研究，导致应用成本高和二次污染等问题。本课题针对湿法脱硫(包括钙法、镁法、钠法和氨法)的氧化工艺条件，以硅胶、分子筛等多孔材料为载体，研究钴、锰、铁等过渡金属催化剂的负载制备方法；利用现代仪器手段，考察负载型催化剂的微观形貌及理化特性与其催化性能的构效关系；研究负载型催化剂对不同亚硫酸盐氧化反应体系的调控规律，揭示负载型催化剂表面吸附反应的中间历程和动力学促进机理；测试催化剂在液相中的流失特征；开展粉体催化样品到成型整体催化材料的制备技术研究，形成负载型催化剂催化氧化亚硫酸盐的工艺方案。研究结果可将亚硫酸盐氧化反应控制理论由液相催化发展到固相催化阶段，从而突破现有脱硫氧化催化剂在应用过程中的诸多瓶颈，具有重要的理论意义和应用价值。

亚硫酸盐的氧化反应是湿法脱硫工艺中的关键步骤，过渡金属催化剂对该过程有重要的促进作用，但现有理论仍局限于液相催化剂的作用机制研究，导致应用成本高和二次污染等问题。.本课题针对湿法脱硫(包括钙法、镁法、钠法和氨法)的氧化工艺条件，以硅胶、分子筛等多孔材料为载体，研究钴、锰、铁等过渡金属催化剂的负载制备方法；利用现代仪器手段，考察负载型催化剂的微观形貌及理化特性与其催化性能的构效关系；研究负载型催化剂对不同亚硫酸盐氧化反应体系的调控规律，揭示负载型催化剂表面吸附反应的中间历程和动力学促进机理；测试催化剂在液相中的流失特征；开展粉体催化样品到成型整体催化材料的制备技术研究，形成负载型催化剂催化氧化亚硫酸盐的工艺方案。研究结果可将亚硫酸盐氧化反应控制理论由液相催化发展到固相催化阶段，从而突破现有脱硫氧化催化剂在应用过程中的诸多瓶颈，并形成适合实际镁法烟气脱硫的最佳氧化工艺方案。 .通过对上述内容的研究，我们发现将过渡金属催化剂负载于多孔材料上的固相催化技术可有效提高亚硫酸镁的氧化反应速率，此外还发现亚硫酸镁氧化的动力学特征与常见的钙法脱硫工艺有显著差别，且不同种催化剂对亚硫酸盐氧化的促进作用具有选择性特点，例如锰离子对亚硫酸钙的氧化具有显著的催化作用，但其对亚硫酸镁氧化的催化作用并不明显。我们利用晶体场理论、离子极化理论、电子轨道理论和空间占位假说，阐明了催化反应过程机理。同时，以亚硫酸镁为代表，揭示了负载型钴基催化剂催化亚硫酸镁的反应动力学机制。标志性研究论文发表于SCI一区期刊“Appl.Catal.B-Environ”、“Environ Sci Technol”、“J Hazard Mater”、“Chem.Eng.J”和二区期刊“Appl Catal A”。在此基础上，进一步阐明了负载型金属催化剂的微观形貌及理化性质与催化性能的构效关系，其研究成果发表于SCI一区期刊“J Mater Chem A”.研究结果可为实现镁法脱硫副产物的资源化利用提供理论和技术基础。.项目成果包括发表研究论文8篇，SCI收录8篇，其中包括一区期刊6篇、二区期刊2篇；申请发明专利9项，其中国际发明专利2项；获国家发明专利授权3项；获河北省杰出青年基金资助1项、中央高校基金重大项目1项、国家重点研发计划课题和子课题各1项。