新型脱除SO2分子筛蜂窝陶瓷催化剂的研究
煤是我国最主要的能源，约占整个能源消耗的75%，远大于石油、天然气和水电。我国又是高硫煤储量较多的国家，据统计，我国煤炭资源中大约有30%的煤含硫量在2%以上，西南地区个别煤田含硫高达10%。目前我国所采煤炭中约1/6为高硫煤。煤的直接燃烧给全球带来严重的环境污染，它与酸雨和臭氧层破坏直接相关，并成为制约煤炭开发和利用的经济可行的重要因素。随着全球变暖、气温上升、臭氧层破坏和区域性酸雨等问题日益恶化，控制污染，保持生态平衡，已成为国际社会普遍关注的热点。因此，开发经济有效的煤炭脱硫技术已成为紧迫的课题。笔者在研究分子筛的吸附性能上把蜂窝陶瓷结合起来，研制成功了新型的二氧化硫脱除的分子筛蜂窝陶瓷催化剂。
分子筛吸附SO2的机理是利用分子筛筛分吸附二氧化硫的性能，通过对分子筛的改性，使分子筛具有一定的孔径来吸附二氧化硫的气体分子。通过Fe3+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Sr2+5种金属离子交换后进行SO2的脱除试验，得到5种样品SO2的脱除率，以Fe3+改性制备的样品SO2脱除率最好。Fe3+的交换率对材料的脱硫性能，当Fe3+离子交换率为50%时，改性样品的SO2脱除率较高，而且样品的活性最好，因此，可以推测Fe3+对吸附的SO2起催化作用，表面Fe3+的催化作用使SO2转化成SO3或SO42－，提高了SO2的脱除率。用稀碱液洗涤经过SO2吸附实验样品时，在洗涤废液中检测出SO42－，进一步证明了Fe3+起到了催化脱除作用。经过碱洗和水洗的实验比较，认为水洗涤是一种简单适用的再生方法，制备的二氧化硫脱除可以循环使用到15次以上，因此，脱除简单易行，据实验证明，分子筛脱硫效率达到90%以上，如果再添加活性碳吸附，基本上可以达到98%以上。这种干式脱硫与目前的水蒸汽和石灰乳脱硫相比，可以节省大量的水资源，还不会造成二次污染，因此成本相当低。
分子筛的催化粒度为20-40目，难以应用在固定床中反应器上面，根据蜂窝陶瓷的优点，我们把分子筛催化剂制作成蜂窝陶瓷形状。分子筛附载在载体上做成实用的吸附催化剂。载体的基质SiO2-Al2O3。在外观上可以做成圆柱形、方形和三角形，高0.2m，宽0.4m，每平方厘米20孔左右网状的蜂窝状陶瓷，这种分子筛蜂窝陶瓷吸水率最高可达到20%，热膨胀系数在225-1000℃≤1.0×10－6℃－1。抗压强度6MP～8MP，容重0.5～1.15g/cm3，耐高温300-700℃。由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能，同时蜂窝陶瓷和分子筛紧密相连结成一个整体，蜂窝陶瓷的作用不单纯是一个活性组分的承载者，载体有一定活性，它同活性组分可以发生相当强的相互作用，克服了分子筛比表面积小、抗压强度低、不易回收复用、耗用量大且价格昂贵等缺陷。由于蜂窝陶瓷比表面积大、直形孔道的特点，大大提高了工作效率，再加上可以反复回收复用达4-5次，成本低价格廉，企业利用这种产品经济效益也大大提高。
经分子筛蜂窝陶瓷脱硫试验，在固定床反应器中，SO2吸附性能良好，在10min内，SO2脱硫达80%以上。
分子筛蜂窝陶瓷的制作工艺比较复杂，主要是成型开裂的难题，由于分子筛蜂窝陶瓷不能烧结只能活化，烧结就没有活性，的确在工艺和配方上值得研究。笔者根据国外分子筛催化剂蜂窝陶瓷的样品，会同江西萍乡有关蜂窝陶瓷生产厂家进行了合作研制。从目前来看，如国外那样高0.8m，宽0.4m，每平方厘米20孔，网状三角形蜂窝陶瓷的大尺寸因无专用设备做不出来，但小尺寸高0.2m，宽0.2m，每平方厘米20孔，网状三角形的蜂窝陶瓷已经成功研制出来了。从目前研制来看，与国外同类型产品相比，价格成本更低，材料易得，制作简单，机械强度大大提高，抗磨损、抗冲击和稳定性能有大幅度提高。这种蜂窝陶瓷与传统的陶瓷有根本区别，主要是不烧结只有活化，从某种意义上来说还不是陶瓷产品。但在脱硫方面却有特殊性能的吸附催化作用，尤其在使用方面相当简便，只需安装在固定床反应器就可以了。待一定时间吸附量达到后进行水洗烘干再反复使用4-5次。吸附后的分子筛蜂窝陶瓷没有任何污染，可以粉碎作陶瓷材料，因此脱硫运行的成本非常低。所以开展分子筛蜂窝陶瓷催化剂研究很有价值。
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