凹凸棒石是一种含水镁铝硅酸盐矿物，具有反向2:1型链层状结构，基于这种特殊的晶体结构，使其具有适宜的表面电荷、一定的离子交换能力、大的比表面积和高吸附容量等理化性质，因此凹凸棒石被广泛应用于催化、吸附等领域。另外，由于凹凸棒石的晶体结构中贯穿着纵向孔道，所以能够选择性的吸附H2O、SO2和NH3等极性小分子。而且凹凸棒石经适当改性处理后，其形态、比表面积、孔径分布和表面电性等理化性能指标都得到改善，吸附性能进一步提高。
本文采用热处理的方法改性凹凸棒石，将其用于吸附SO2，并研究凹凸棒石在热处理过程中的结构、形貌及其吸附SO2能力的变化规律，同时考察不同吸附温度下O2浓度和H2O含量对凹凸棒石吸附SO2的性能影响。利用XRD、BET和TPD等方法表征了凹凸棒石脱硫剂在热处理过程中的结构变化，并探讨凹凸棒石脱硫剂的结构特性与其脱硫性能的内在关系。研究结果表明：凹凸棒石的微观晶体结构随热处理温度的升高呈现显著的阶段性变化，这种结构变化的程度与凹凸棒石表面不同形态水分子的脱除密切相关。SO2吸附实验结果表明，随着热处理温度的升高，凹凸棒石对SO2的吸附量呈现先增大后减少的趋势，并且凹凸棒石的表面吸附水和沸石水的存在占用大量的吸附位，对SO2的吸附不利，因此热处理后凹凸棒石表面吸附水和沸石水的脱除导致了SO2吸附能力的提高；另外结晶水的存在对SO2的吸附是有利的，表现为较高温度下结晶水部分脱出后凹凸棒石对SO2的吸附能力明显降低。同时在所考察的温度范围(50℃-200℃)内O2的存在没有影响凹凸棒石吸附SO2的吸附容量，表明单纯凹凸棒石并不会对SO2的氧化起催化作用，且O2的存在也不会和SO2形成竞争吸附：当吸附温度低于100℃时，H2O与SO2存在竞争性吸附，极大的抑制了SO2的吸附：当吸附温度高于100℃时，H2O的存在对凹凸棒石脱硫基本没有影响。
另外，在热处理的基础上，通过等体积浸渍法制备脱硫剂CuO/凹凸棒石，考查了脱硫剂制备及反应条件对CuO/凹凸棒石脱硫活性的影响，并利用XRD、BET、SEM、TPD和XPS等方法表征脱硫剂CuO/凹凸棒石。结果发现：脱硫剂CuO/凹凸棒石的煅烧温度在300℃时较为适宜，在300℃煅烧时，Cu(NO3)2分解完全，脱硫剂的脱硫活性最高。铜的负载量为10%～12%时，脱硫剂具有较高的脱硫活性，高于12%的负载量致使活性组分CuO在凹凸棒石表面发生团聚聚集，活性位的利用率下降；在200℃～250℃的烟气温度下，CuO/凹凸棒石具有较高的脱硫活性，烟气中的O2对于CuO/凹凸棒石的脱硫活性影响不大。研究结果也表明，CuO的负载显著提高了凹凸棒石对SO2的脱除作用，尾气中的SO3收集及检测结果进一步说明CuO的负载对SO2起到了催化氧化作用。而烟气中的O2的存在并不能显著改善SO2的脱除，表明SO2的催化氧化是由于负载氧化铜本身的活性晶格氧所致，气相O2不能够及时的使晶格氧复位。

    关键词：
    干法烟气脱硫 凹凸棒石 改性处理 结构特性 脱硫活性
    作者：
    姜伟平
    学位授予单位：
    合肥工业大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    化学工程
    导师姓名：
    张先龙
    学位年度：
    2012
    语种：
    中文
    分类号：
    X701.3
    在线出版日期：
    2012年11月30日