气动雾化实验

（1）催化氧化NOx和气动雾化吸收系统与实验

催化氧化系统见图2。

经过烟气配给系统准确配置含NOx一定浓度的烟气，将符合条件的烟气经过NO常温催化氧化塔氧化，氧化后产生的高价NOx由隔膜压缩机压入启动雾化吸收装置，对未氧化NO和吸收产生的NO进行二次催化氧化和原位吸收，尾气中NOx专用测试仪器。未反应的NOx经过碱液两级吸收返回到系统保证氮气等惰性气体的比例。

在这个实验过程中，通过试验和数学模拟，获得气动雾化参数，为催化系统改进和提高提供基础数据。

图2 催化氧化吸收系统示意图

注：（1）NO2发生装置；（2）温度计；（3）混合罐；（4）流量计；（5）催化氧化塔；（6）隔膜压缩机；（7）压力阀；（8）催化氧化和原位吸收催化剂；（9）吸收介质；（10）启动雾化吸收装置；（11）尾气一级吸收；（12）缓冲罐；（13）尾气二级吸收;(14)干燥器；（15）泵

（2）干基、湿基催化剂制备与结构和性能表征方法

湿基催化剂：利用溶液化学法接枝石墨烯，选用具有特殊光学、电学以及磁学性能的共轭高分子体系，使石墨烯和共轭分子体系键合，得到稳定和结构均一的新型石墨烯复合功能材料，并研究其可能的各种特异性能。构建不同长度、形状的纳米尺度表面接枝体系，实现膨胀石墨烯空间结构可控。研究膨胀石墨烯纳米尺度表面改性前后固载聚醇类催化剂结构与性能的变化。

筛选自由基前驱体，与吸收介质组成吸收液，耦合NOx催化氧化和吸收用催化剂体系，分析NOx最佳吸收方法。

干基催化剂：利用常规高温沉氮法制备不同固载剂的催化剂和复合催化剂。

利用原位漫反射红外光谱仪、原子力显微镜等仪器研究两种催化剂结构和催化性能。

（3）催化氧化前后氮的化合物在气固液三相组成和质量分布

利用碳氮同位素质谱仪等研究反应过程中液相产品物质硝酸、亚硝酸等液态产品；用气质联用测试气相中氮气、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮和氧化二氮等。

（4）催化剂催化NOx催化氧化中间体制备与鉴定

NOx与催化剂络合为稳定的中间体，而且在10～100℃下具有一定的稳定性，利用红外光谱、同位素分析仪、质谱等仪器分析中间化合物结构及其与NOx结合的方式，研究各种氧化参数对中间化合物的稳定性的影响。

（5）催化剂活性分析

在获得尾气组成和温度等参数变化与NO直接氧化率和NOx吸收率之间关联基础上，通过催化剂改性和适配的固载体配伍，实现低温下NOx高转化率回收。

（6）氧化机理和反应动力学分析

根据NO x转移历程研究氧化反应机理，分析制约反应速率的关键因素。根据氮的化合物在不同相中存在形式和浓度分布，结合基元反应动力学原理，分析NOx直接氧化机理包括直接反应、间接反应和混合反应。直接反应包括生成NO、N2O、N2等产物的反应；间接反应即常见的先吸收成为硝酸、亚硝酸氧化剂，生成产物也可能包括NO、N2O和N2等；在一定的条件下直接和间接反应也可能同时进行。

3.2 技术路线

本项目依据过程催化机理，利用理论模拟和实验相结合的方法，借助于材料表面结构表征手段，探索影响NOx气相氧化和原位催化吸收操作参数和传质规律，进而设计新型催化剂，利用同样的方法探索提高转化能力的机理，研究技术路线见图3。

图3 技术路线

3.3 可行性分析

3.3.1研究方案切实可行

本课题是在课题组承担的国家“863”专题项目《可循环氧化剂氧化高硫高砷难选金精矿或氰化尾渣提金及综合利用》、上海市教委创新性重点项目《石墨烯基固载聚醇类催化剂催化NOx吸收反应机理研究》和课题组10多年来对难选冶资源综合利用技术研究的基础上提出的。

课题组研究表明聚醇类催化剂加快NOx的被氧化和吸收的速率，特别是在较高温度下通过络合作用和电子架构促进NOx传质速度，利用同位素示踪法能够清晰探索NOx传质途径，分析影响氧化反应和副反应的因素，为控制NOx直接氧化反应方向打基础。这说明课题组研究方案可行。

石墨烯基固载聚醇类催化剂催化NOx吸收方法经过初步研究表明该共轭体系作为催化氧化和吸收系统大大促进NOx吸收效率，对尾气和温度适应性强。

课题组张迎晨博士后以膨胀石墨烯纳米尺度表面改性对其吸附性能的影响为题，研究石墨烯碳纳米材料在环境科学与工程中的应用关键技术，在高性能非Pt催化剂研究开发、纳米界面吸附等方面有较深入的探讨。石墨烯基固载聚醇类催化剂具有独特的易回收功能，同时其独特的可修饰功能、易固载具有共轭体系的聚醇类物质，其独特的插层特性被用作聚醇类催化剂固载基体和促进NOx向还原物质传递，同时也为本课题奠定理论基础。

有关NOx在气动雾化反应器吸收NOx基本参数已经优化；相间质量传递（气液、液固相间质量传递）研究方法也不断创新，用于气动雾化反应器内流体力学特性和传质过程模拟的计算方法和软件工具也在不断推陈出新；利用原位漫反射红外光谱仪测试催化剂活性已经很成熟；同位素示踪法是研究复杂化学反应技术，同位素测试方法已经成熟；在一定温度下能够吸附NOx的材料较多，只要课题组利用其吸附优点，克服其NO2被还原为N2或N2O 倾向，所选催化剂适合流化床反应器要求，利用先进的测试仪器，课题组这支知识结构较完善的研究队伍，定能实现研究目标。

3.3.2依托研究技术可靠，研究基础较好

在国家“863”和自筹经费支持下，几年来开发了一种适合NOx或高铁催化剂催化氧化金精矿的三相流化床，进行了可循环催化氧化剂的设计、初步优化，在再生系统中完成NOx 或高铁催化剂再生与循环。

课题组具有丰富NOx在的三相流化床中直接氧化HDM的研究积累。本课题负责人李登新主持承担的国家“863”项目“可循环氧化剂氧化高硫高砷难选金精矿或氰化尾渣提金

及综合利用”发表相关国内外论文30余篇SCI、EI文章，获得专利10项。课题组中张迎晨、许士洪、苏瑞景、时鹏辉、朱敏聪、李冰洁等的研究论文与本课题密接相关。

3.3.3项目研究的组织实施有学科条件和学术队伍的保证

本课题组是一支由化学化工、环境、过程模拟方面的专家，工程设计经验丰富的高工和研究经验丰富、思想活跃的博士等组成的多个学科领域交叉的研究队伍。课题组汇聚了东华大学相关领域的优势研究力量，具备进行基础－应用基础－工艺－工程一体化研发能力。另外课题组还聘请犹他大学Miller院士为科学研究顾问。

东华大学（原中国纺织大学）是教育部直属的“211”重点院校，具有完备的分析测试中心，大型仪器对全校开放，学校的科研管理水平较高。学校保证基础设施使用、水电气供应及大型仪器在外测试费的配套。