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纳米CuO脱硫剂制备及在污水厂臭气处理中脱臭性能研究

作　者: 王新
导　师: 闫波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 纳米CuO 常温脱硫脱硫机理单质硫
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

污水厂的蓬勃发展为改善水资源环境做出了贡献,但同时也带来了臭气污染问题,在污水处理的多个环节都会大量产生恶臭气体。目前多数污水厂对处理过程产生的恶臭气体都未作处理,而直接排放至周围环境,影响了周围居民的健康和生活。解决污水处理厂恶臭污染已经成为一个急待解决的课题。硫化氢气体是污水厂臭气污染成分中的代表性物质,其危害大,分布广泛,无论从安全、环境、还是经济角度考虑,都必须对硫化氢进行脱除处理。根据污水厂硫化氢污染排放的特点,开发常温、高效脱硫剂具有现实意义。氧化铜是干法脱硫剂的一个分支,但研究主要集中于中高温,氧化铜用于室温脱硫的研究开展的很少。粒度减小,可以提高反应常数,有利于缓和反应条件。以纳米氧化铜为单一组分,利用纳米材料的特殊性能可以提高CuO的脱硫能力。选用直接沉淀法生产纳米CuO,并考察了分散剂、沉淀温度、溶液浓度、老化时间等因素对CuO粒径的影响,并进行了优化,成功制备出纳米尺度的CuO材料,且颗粒均匀,分散性良好,粒径达到了6.2nm。对影响纳米CuO室温脱硫能力进行了研究,考察了空速、温度条件对脱硫性能的影响。对比了不同制备方法及不同粒径的纳米CuO脱硫性能的差异。比较后发现,直接沉淀法得到的纳米CuO具有高效的低温脱硫能力。在低空速、室温条件下、小粒径的纳米CuO可取得更长的脱硫活性时间和更大的硫容,反应气中的硫化氢浓度被大大净化,实现了高精度的脱硫,脱硫反应精度、活性时间、硫容都优于目前工业用常温脱硫剂。采用XRD、XPS、TG-DTA、TEM等多种手段对纳米CuO产品和脱硫剂脱硫产物进行分析,考察脱硫剂的变化。发现小粒径纳米CuO中存在较多的氧空位,氧空位越多脱硫活性越好。对脱硫产物的分析中发现有单质硫生成,对于开辟硫的资源化新途径具有重要意义。分析了脱硫产物表面各元素的化学态,对纳米氧化铜室温脱硫机理进行了讨论。分析后认为,纳米氧化铜常温脱硫过程经历了吸附、氧空位结合、电子转移等复杂过程,这种常温脱硫过程不同于中高温脱硫反应,硫化氢转化后生成单质硫,这是纳米氧化铜具有高硫容的原因,硫转化生成单质硫,有利于硫的资源回收。本文的研究结果不仅具有潜在的应用前景,而且为常温条件下CuO基高效脱硫剂的开发应用提供了理论依据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题研究背景  10-12
    1.1.1 污水厂的恶臭污染  10-11
    1.1.2 硫化氢的危害  11-12
  1.2 污水厂中硫化氢气体的产生及控制方法  12-13
  1.3 脱硫技术的研究现状  13-19
    1.3.1 生物脱硫技术  13
    1.3.2 物理及化学脱硫技术  13-19
  1.4 脱硫技术的发展趋势  19-20
  1.5 论文研究的来源、目的和意义  20-21
    1.5.1 本课题来源  20
    1.5.2 本课题的研究目的和意义  20-21
  1.6 本课题研究的主要内容  21-22
第2章试验装置及试验方法  22-30
  2.1 脱硫性能的评价方法  22-25
    2.1.1 脱硫活性评价装置  22-23
    2.1.2 脱硫剂硫容的测定方法  23-25
  2.2 脱硫剂的表征手段和测试  25-27
    2.2.1 X 射线衍射测试（XRD）  25
    2.2.2 透射电子显微镜测试（TEM）  25-26
    2.2.3 富立叶红外光谱（FT-IR）  26
    2.2.4 差热-热重分析（DTA-TG）  26
    2.2.5 X 射线光电子能谱分析（XPS）  26
    2.2.6 比表面积的测定  26-27
  2.3 实验所用药品及仪器  27-28
  2.4 脱硫反应硫化氢气体的制备  28-30
第3章纳米氧化铜制备方法研究  30-50
  3.1 纳米氧化铜的制备工艺  30-31
    3.1.1 固相法  30
    3.1.2 气相法  30-31
    3.1.3 液相法  31
    3.1.4 其它方法  31
  3.2 直接沉淀法制备氧化铜  31-35
    3.2.1 铜盐及沉淀剂的选择  31-32
    3.2.2 制备工艺及反应原理  32
    3.2.3 前驱体成分分析  32-35
  3.3 纳米氧化铜微结构控制  35-43
    3.3.1 乙醇分散系溶液对纳米CuO 结构的影响  35-38
    3.3.2 沉淀温度对纳米氧化铜结构的影响  38-40
    3.3.3 溶液浓度对纳米CuO 结构的影响  40-42
    3.3.4 老化时间对纳米氧化铜结构的影响  42-43
  3.4 培烧温度对产物的影响  43-45
    3.4.1 X 射线衍射测试（XRD）  43-44
    3.4.2 比表面积  44
    3.4.3 TEM 分析  44-45
  3.5 一步沉淀法  45-48
    3.5.1 不同老化时间的XRD 分析  46
    3.5.2 红外吸收光谱（FT-IR）  46-47
    3.5.3 透射电镜（TEM）  47-48
    3.5.4 一步法纳米氧化铜的结晶过程分析  48
  3.6 本章小结  48-50
第4章纳米氧化铜常温脱除硫化氢的性能研究  50-57
  4.1 纳米氧化铜脱硫可行性研究  50-51
  4.2 两种方法制备得到纳米氧化铜的脱硫效果比较  51-52
  4.3 脱硫试验中各工艺参数对脱硫结果的影响  52-54
    4.3.1 空速对纳米CuO 脱硫活性的影响  52-53
    4.3.2 脱硫反应温度对纳米CuO 脱硫性能的影响  53-54
  4.4 不同粒径纳米CuO 脱硫剂与性能的关系  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章纳米氧化铜脱硫产物分析  57-66
  5.1 脱硫反应后颜色变化  57
  5.2 X 射线衍射测试（XRD）  57-59
  5.3 X 射线光电子能谱分析（XPS）  59-63
    5.3.1 硫元素分析  60-61
    5.3.2 铜元素分析  61-62
    5.3.3 氧元素分析  62-63
  5.4 脱硫机理讨论  63-64
  5.5 本章小结  64-66
结论  66-67
建议  67-68
参考文献  68-74
致谢  74

纳米CuO脱硫剂制备及在污水厂臭气处理中脱臭性能研究

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