高活性低温钒催化剂的研制及其应用基础研究

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1、中南大学博士学位论文高活性低温钒催化剂的研制及其应用基础研究姓名：陈振兴申请学位级别：博士专业：有色金属冶金指导教师：李洪桂2002.12.1中南大学博士学位论文摘要本文介绍了低温催化剂在硫酸生产中的重要性以及研制高活性低温催化剂的必要性。，研究了含碱金属元素的碳化母液对催化剂低温活性的影响。结果表明，碳化母液具有较好的低温助催化效果。当母液按玎。，唧=3．0添加时，催化剂在410℃的活性达到24．8％。调整栉。／ny到1．5，催化剂低温活性可提高到35．6％。通过添加Cs、Rb和Li盐，研究了其对催化剂低温活性的影响。结果发现，铯元素的低温助催化

2、效果最好，当％。，却=0．6时，4lO℃催化活性达42．5％。铷元素对催化剂低温活性基本没有影响，所以宜将铷元素从碳化母液中分离出来，以提高有价元素利用率。锂元素也有较好的助催化作用，最佳行：。，～为O．4，此时410℃催化活性为46％。／此外，活性熔盐过多，会造成催化剂低温活性下降，适宜的％协为4．5．y采用不同方法对碳化母液进行了简单精制，并在精液B的基础上，制各了Ls催化剂。该催化剂4lO℃催化活性达37．1％．差热分析结果表明，催化剂的吸熟峰和放热峰明显前移，说明催化剂熔点降低，更易在低温下反应。。在催化剂Ls的基础上，研究了超声空化对催化

3、剂低温活性的影响。声空化效果与超声波发生器的功率、超声波“预处理”时间、物料温度和物料含永量有关。在SB2200型超声波清洗器中，催化剂湿物料经20min超声处理后才产生明显的声空化效果。而在SB3200型超声波清洗器中，声空化仅需10分钟．并且催化活性也相对提高。湿物料温度越高，声空化所需时间越短，最佳温度为60℃。物料含水量主要影响声空化的量。在Ls的基础上，应用超声密化技术制各了催化剂Ls．8。发现其在410℃活性为52．5％，350℃为4．2％。r应用等离子体技术研制了Ls·9催化剂．结果表明。等离子体使催化剂活化时间大大缩短，催化活性也随

4、之有所增大。采用差热分析方法研究了Ls·9催化剂低温活性高的原因。Ls．9催化剂在348．86℃有明显的吸热峰，表明催化剂活性组分开始熔融并起催化作用。该催化剂的轴向抗压强度为49．8N，径向抗压强度为50．3N．应用分形几何对研制的高活性催化剂进行了研究。结果发现，随着超声波和等离子体的应用，催化荆表面分形维数增加了．f提出了二氧化硫在Ls．9催化剂上催化氧化反应的三步反应机理，并推导出机理模型方程：中南大学博士学位论文‰：—斗(1一所砭+憨‰+争‘鼢在无撵发反应器孛，测定了健纯反残戆本髹动力学数据，：筹逶过Powell嚣线性拟合，在380～52

5、0℃下进行了参数敛值，得：墨；O．15知百-620”，茁2。8．18P谐-238-4，．-+．．．1．．a．．9．—4—9Ks20．221e”。在给出圆柱形催化剂内表面利用率的数值解法的蕊础上，结合三步反应机理模型，推导了圆柱形催化粼Ls．9的宏观动力学方程：璐；娟+净2=f，ie021．$互‘和；毛根，‰一若。采用外煞式圆定床积分反应器，在葳应温度350～410+C：空速1800～5000h’1和S02=il}口浓度7～12％的反成条件下，测定了Ls．9上S02氧化反应宏观动力学数据，并对模璇方程避行了参数倍蘸，得到如下宏瀛动力学方程简易式；一×

6、分警Po,恐+焉K％,P譬+F+25610圆；‰=3．×。P‘百．，一圆iK，+K1P。+—!量。误差分析表明，动力学模型对实验数据有较高的拟合精度关镳词；钒催化莉_碱金《‘助催花鲡；超声疆；等衬字体；动力学夫Il、／表面分形维数。A霸STRACTTheimportanceofcatalystusedforsul执fieacidunderlowtemperatureandthenecessitytopreparecatalystwithhighactivityunderlOWtemperaturehasbeendiscussed。Thepromot

7、ionaleffectsofcarbonizedmotherliquorcontainingalkali—metalelements(thatisK，Na，Cs，Rb，Li)Onvanadiumcatalystsunderlowtemperaturehavebeeninvestigated．Theresultshowedthatwhenthequantityofthecarbonizedmotherliquorhadbeenaddedaccordinglo取Inv=3。0，theconversionofS020ncatalystprepareddi

8、rectlywithcarbonizedmotherliquorcouldreachto24．8籁8t410℃．Ifthe