类水滑石衍生复合氧化物XCaAlO（X=Fe、Mn、Co、Pt）上SO2储存/还原反应研究

申请是针对大气SO2污染的主要来源之一，石油炼厂FCC过程中SO2排放的严峻挑战以及目前SO2控制技术存在的主要问题，结合对适用性强、多功能、高性能控制材料的需求而提出的。申请的特色在于抛弃传统的镁铝水滑石体系，基于Ca为常用的固硫剂，其碱性比Mg强等特性，结合尖晶石材料具有热稳定性高、比表面积大、抗磨损、还原性好和类水滑石材料具有结构可控、高度分散等优点，利用金属催化氧化效应，采用基元调控、多元合成、高温氧化等技术手段，制备钙铝类水滑石及其衍生复合氧化物XCaAlO(X=Fe、Mn、Co、Pt)。探究SO2储存与还原的反应机理和氧化/吸附耦合作用，考察其他组份(CO2、H2O、NOX、O2、N2)对储存和还原性能的影响以及材料的热稳定性与抗中毒能力。实现对材料性能优良、适用性强的要求，有望在钙铝类水滑石衍生复合氧化物合成以及应用和SO2储存/还原反应机理方面取得创新性研究成果。

本青年基金于2011年1月份启动,于2013年12月份解题,执行期限为三年。课题执行期间,进展较为顺利,严格按照基金相关管理办法,按时提交相关研究进展和研究报告。. 本研究针对类FCC过程中所排放的SO2开展研究,旨在制备和合成一种在此条件下,能够高效吸收储存SO2并且能够通过还原后再次利用的钙铝型类水滑石材料,并探究 SO2在材料上的储存和还原过程. 结果表明，当Ca取代Mg后，所得到的CaAlO复合氧化物的碱性大大增强，直接表现为700度高温条件下，SO2的储存能力增加，由原来的0.1g-SO2/g-Mg3AlO提高到0.28 g-SO2/g-Ca3AlO，在过渡金属系列中，掺杂过渡金属Fe 表现出了优异的SO2储存性能，其储存性能为0.41 g-SO2/g-Ca3CeAlO。掺杂过渡金属Co， Mn，的Ca3AlO材料，提高了材料的SO2储存性能的同时，也大大缩短了材料再生还原的时间，与过渡金属相比，贵金属Pt的引入，除了显著增加饱和吸附硫容外（0.50 g-SO2/g-Ca3CeAlO），在还原方面，还原时间也由原来的126分钟，缩短为45分钟。材料上SO2的储存/还原机理如下：样品 Ca3AlO 不具有氧化还原中心，其吸附 SO2 的过程为：最初的时间里，SO2 与活性中心 CaO 和类 CaO 结构进行反应，在材料表面形成一层硫酸盐产物层，随着时间的延长，SO2 穿透产物层变的越来越困难，吸附速率变小，可以认为吸附剂渐渐失活。因而，Ca3AlO 较快达到吸附饱和。而样品加入金属之后具有氧化还原中心，其吸附过程和吸附机理与 Ca3AlO 不同。分析 Ca3AlXO（X= Co、Mn、Fe、Pt）系列材料的吸附 SO2 过程：先进行氧化后进行吸附。在金属氧化物的催化作用下， SO2 被氧化为 SO3，然后 SO3 与 CaO 等碱性物质反应生成硫酸盐，其中 Ca 是吸附活性中心，XO（X= Co、Mn、Fe、Pt）是催化中心，起到催化氧化SO3作用。在还原时，XO又是还原中心，降低了硫酸盐还原所需时间，金属硫酸盐可直接被高温下的氢气还原为硫化氢，从而实现材料的再循环利用。. 研究成果方面,发表了学术论文4篇，其中SCI 2 篇，中文核心2篇。协助培养硕士生2名，达到并完成了相关考核指标。