纳米TiO_2催化煤燃烧的实验研究_王淑勤.doc

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纳米TiO_2催化煤燃烧的实验研究_王淑勤要点

收稿日期:2007- 01- 09; 修订日期:2007- 06- 08 基金项目:华北电力大学留学基金资助项目(200514002) 作者简介:王淑勤(1965-),女,河北定州人,华北电力大学副教授. 文章编号:1001- 2060(2008)01- 0050- 05 纳米TiO2催化煤燃烧的实验研究 王淑勤,赵 毅,李丹丹,张一鸣 (华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003) 摘 要:研究了纳米TiO2在有、无CaO脱硫的工况下,对汶 南褐煤和内蒙烟煤的催化燃烧效果。通过热重曲线,从着火 温度、失重量、放热量等燃烧特性方面,对实验结果进行了分 析。结果表明:在无CaO脱硫时,纳米TiO2使烟煤的着火温 度下降15℃ ,褐煤的燃尽温度降低了32℃ ;在有CaO脱硫 时,纳米TiO2使褐煤的着火温度下降17℃ ,烟煤的燃尽温 度降低了8℃ ,同时褐煤、烟煤的燃烧反应活化能分别降低 了5.9 kJ/mol和1.3 kJ/mol,褐煤的发热量升高。XRD图谱 中没有新物质生成也证明了纳米TiO2的催化燃烧作用。这 一结果为燃烧脱硫的同时,提高煤的燃烧效率,节约用煤量 提供了理论依据。 关键词:纳米TiO2;催化燃烧;热重分析;X射线衍射 分析 中图分类号:TQ536.9   文献标识码:A 引 言   纳米TiO2作为一种新型的材料,由于其粒径 小、比表面积大、反应活性高、吸附能力强、性能稳 定、反应彻底高效,被广泛的应用于环保领域[1]。但 对于其在催化煤燃烧领域的研究还很少见报道。本 文利用热重分析技术,研究了纳米TiO2在有无氧化 钙脱硫条件下,对燃烧性能差别较大的汶南褐煤和 内蒙烟煤燃烧效果的影响;利用X射线衍射分析技 术,对燃烧后的各种灰份进行了产物分析。旨在探 索纳米TiO2的催化特性,提高煤的燃烧效率,节约 用煤量,以缓解能源紧张局势和适应环境保护要求。 1 实验部分 1.1 实验样品 (1)煤样:实验所用汶南褐煤、内蒙烟煤的成分 分析结果如表1所示。              表1 汶南褐煤及内蒙烟煤的工业分析及元素分析结果(%) 元素分析工业分析 CadHadOadNadSadMadVadAadFCad 汶南褐煤60.75 4.56 2.96 1.23 2.35 1.82 32.89 26.30 38.99 内蒙烟煤62.33 4.27 10.95 1.16 1.25 1.75 30.07 18.29 49.89   (2)添加剂:利用溶胶-凝胶法,由钛酸正丁脂 水解合成,干燥后的凝胶在750 ℃焙烧2 h,纳米 TiO2的掺加量为实验煤样的8%(质量百分比)。 1.2 实验仪器 WCT- 2型微机差热分析仪、Y2000型X射线衍 射分析仪。 1.3 实验内容 (1)热重分析:热重分析法是在程序控制温度 下,测量物质质量与温度关系的一种技术。热重法 试验得到的曲线称为热重曲线(即TG曲线)。将TG 曲线对温度(或时间)取一阶导数即得热商热重曲线 (DTG曲线)。实验时称取一定量的煤样和纳米 TiO2、加或不加CaO,研磨混合均匀后把样品放入 WCT- 2型微机差热分析仪,对煤样进行燃烧特性 分析,采用热重分析仪研究煤的燃烧特性主要是了 解煤的燃烧特性指标,包括煤的着火点、DTG的峰值 (dw/dt),对应于(dw/dt)的温度以及燃尽温度 (Tp)。 工作气氛为动态空气,流量为60 ml/min;升温 速率为20℃/min;温度变化范围为30~ 900℃ ;试 第23卷第1期 2008年1月 热能动力工程 JOURNALOF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGYAND POWER Vol.23,No.1 Jan.,2008样重量为5.00 mg左右。汶南褐煤、内蒙烟煤试样 组成为:A1—褐煤;A2—褐煤+ 8%TiO2;A3—褐煤+ CaO;A4—褐煤+ 8%TiO2+ CaO;B1—烟煤;B2—烟 煤+ 8%TiO2;B3—烟煤+ CaO;B4—烟煤+ 8%TiO2 + CaO。 (2)灰样:将上述研磨混合均匀后的样品放入 管式炉的瓷舟内,通入氧气(流量40 ml/min),升温 到850℃ ,燃烧25 min,制得实验所用灰样。 2 实验结果及分析 2.1 着火特性指数(Di)与燃尽特性指数(Df) 煤的着火温度是表征煤的燃烧特性的一个重要 指标,着火温度越低,表示煤越容易着火,燃烧特性 就越好.着火点温度(Te)是指开始燃烧反应时的温 度,在热重(TG)曲线上表现为开始失重时的温度, 它的高低反映出试样开始燃烧反应的难易程度;燃 尽温度(Tp)是煤燃烧反应结束时的温度在热重 (TG)曲线上表现为试样恒重不变时的温度[2]。着 火点温度和燃尽温度可以直接从热重(TG)曲线

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