摘 要

随着海洋运输的快速发展，船舶内燃机排放的尾气对大气造成的污染越来越严重。根据IMO的决定，自2016年起船舶尾气排放标准将采用更为严格的第三阶段新标准。因此，开发一种更为高效的脱硝技术目前已经成为全世界的热点。氮氧化物（NO_x）是大气的主要污染物之一，对环境和人类有极大的损害作用。为了减少烟气中NO_x对大气环境的污染，采用直接催化分解的方法，考察了H-ZSM-5分子筛和Na-ZSM-5分子筛的直接催化分解效果，并且考察了不同浓度浸渍液的浸渍效果。利用BET测试研究了H-ZSM-5分子筛和Na-ZSM-5分子筛的比表面积、孔径及孔容积，以及利用DSC技术对H-ZSM-5分子筛和Na-ZSM-5分子筛反应前后的内部物质进行了测试。实验和测试都表明ZSM-5分子筛吸附剂具有很大的比表面积，内部孔道属于介孔范畴，并具有优良的再生性能，可循环使用。

关键词：NOX、催化分解、分子筛、超声浸渍

Abstarct

With the rapid development of Marine transport, ship internal combustion engine exhaust emissions is causing more and more serious air pollution. According to the decision of the IMO, since 2016 the ship emissions standards will adopt the new standards of the third phase, which is more strictly. Therefore, at present the development of a more efficient desulfurization and denitration technology has become a hot spot in the world. NO_X is one of the main pollutants for the air, it has big adverse effects for environment and human beings. For decreasing pollution degree of NO_X in exhaust gas to the air, direct catalytic decomposition method was usd, examining the H-ZSM-5 and Na-ZSM-5 molecular sieves` direct catalytic decomposition effect, and examining the effect of different concentrations of impregnation liquid. BET test was used to study the H-ZSM-5 and Na-ZSM-5 zeolites` specific surface area, pore diameter and pore volume, and the use of DSC technique to test H-ZSM-5 and Na-ZSM-5 zeolites internal material before and after reaction. Experiments and tests show that ZSM-5 molecular sieve has large specific surface area and internal pore belong to mesoporous, it also has excellent regeneration performance and can recycle.

Key words: NO_X; catalytic decomposition; molecular sieve; ultrasonic and impregnation

目录

摘 要 I

Abstarct II

第1章 绪论 1

1.1 船舶柴油机应用的环境问题 1

1.2 NOx的产生及危害 2

1.2.1 NOx的产生 2

1.2.2 NOx的危害 2

1.3 船舶柴油机NOx排放控制 3

1.4 NO直接催化分解的研究现状 4

1.4.1 NO直接催化分解反应 4

1.4.2 NO直接分解催化剂 4

1.4.3金属离子交换分子筛催化剂 5

1.4.4催化分解NO的反应机理 6

1.4.5 Cu-ZSM-5分子筛催化分解NO的反应机理 6

1.5 选题主要研究内容、目标及采用的方法 7

第2章 实验部分 8

2.1 实验主要原料及试剂 8

2.2 实验仪器 8

2.3 等体积浸渍法联合超声改性ZSM-5型催化剂制备 9

2.4 氮氧化物催化分解实验 9

2.4.1 催化剂活化 9

2.4.2 催化分解实验 9

2.5 催化分解实验流程 9

2.5.1 实验工艺流程 9

2.5.2催化反应装置 10

2.5.3催化反应流程图和实验步骤 10

第3章 H/Na-ZSM-5分子筛对NO的催化分解实验 12

3.1 温度对NOX催化分解的影响 12

3.1.1 升温程序设置 12

3.1.2 温度对NO_X催化效果的影响 13

3.1.3 结果分析 15

3.2 浸渍液浓度对NO催化分解的影响 16

3.2.1 不同浓度浸渍液浸渍过的H-ZSM-5分子筛对催化分解的影响 16

3.2.2 不同浓度浸渍液浸渍过的H-ZSM-5分子筛对催化分解的影响 17

3.2.3 不同浓度浸渍液浸渍过的分子筛对催化分解率的影响 17

3.3 ZSM-5分子筛种类对NOX催化分解的影响 18

第4 章 测试与表征 21

4.1 DSC测试 21

4.2 比表面积 23

第5章 总结 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 船舶柴油机应用的环境问题

随着世界经济的快速发展，海洋物流运输近年来得到了长足的发展，国际贸易总运量中的2/3以上都是利用海上运输。相较于蒸汽机和燃气轮机，柴油内燃机具有功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便等优点^[1]。并且柴油机具有良好的经济性、动力性、安全耐用性等特性，故逐渐在海运船舶中确立了其独有的优势地位^[2]。

与此同时，船舶柴油机尾气排放对大气的影响越来越严重，其所带来的环境污染问题也逐渐显现出来。目前，大型船舶主机采用残渣型燃料油，其优点是热值高、价格低，但又具有成分复杂、含硫量高等缺点^[3]。而这些缺点将会导致船舶柴油机产生大量的硫氧氮氧化物等废弃污染物。