本發(fā)明涉及尾氣排放控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種固體碳材料及以此為還原劑電化學(xué)脫硝的方法，可用于燃煤鍋爐煙氣、機(jī)動車尾氣排放控制。

背景技術(shù)：

燃煤鍋爐煙氣、機(jī)動車尾氣排放中的氮氧化物(nox)，如no、no2是引起霧霾的重要因素之一。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國nox排放標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格，nox控制技術(shù)要求也日益提高。目前，工業(yè)化應(yīng)用的煙氣(尾氣)nox控制技術(shù)包括選擇性催化還原(scr)工藝，它是利用nh3、尿素co(nh2)2、co、hc、h2等作為還原劑，在富氧、低溫、低濃度條件下選擇性催化還原nox，其脫硝效率較高(最高可達(dá)90％)。但是，氣態(tài)或液態(tài)還原劑制備輔助系統(tǒng)增加了scr脫硝工藝的復(fù)雜性和不安全性，同時運用較為成熟的nh3基還原劑還具有二次污染、硫酸銨堵塞失活催化劑的風(fēng)險。因此，開發(fā)一種制備成本低廉的還原劑，并且還原劑存儲、運輸安全，對催化劑無毒害作用的高效新型煙氣(尾氣)脫硝技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對scr脫硝工藝中氣、液態(tài)還原劑制備、儲存、運輸成本較高，氨基還原劑易引起二次污染和催化劑遭受硫毒化失活等缺點，提出一種采用固體活性炭、石墨、炭黑及其改性碳材料為還原劑進(jìn)行電化學(xué)脫硝的技術(shù)，該方法具有安全、無污染、催化劑不被硫失活，并且同時產(chǎn)生電能的特點。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：一種固體碳材料，該固體碳材料是由高比表面活性炭、石墨、炭黑及它們經(jīng)fe³⁺、cu²⁺、ag⁺改性后的碳材料制備而成，所制得的碳材料粒徑1um以下，比表面積90～2000m2/g，制作過程具體如下：將fe³⁺、cu²⁺、ag⁺改性碳材料在改性前先用去離子水洗凈，然后放入110℃的烘箱中烘12h，然后室溫條件下，在50ml100mmol/l的fe(no3)3、cu(no3)2、agno3溶液中攪拌浸漬12h，靜置12h，再將浸漬處理后的碳材料過濾、水洗3～5次以除去沒有負(fù)載上的離子，過濾后放于110℃的烘箱中恒溫干燥12h，即可制得不同金屬離子改性的碳材料，分別記為fe³⁺/c、cu²⁺/c、ag⁺/c。

一種以固體碳材料為還原劑電化學(xué)脫硝的方法，包括以下步驟：稱取上述準(zhǔn)備好的碳材料1.0g，裝填入制備好的以ni-ysz(陽極)|ysz(固體電解質(zhì)膜)|lsm(陰極)為結(jié)構(gòu)的管式膜反應(yīng)器的陽極腔中。陽、陰極(即管式膜反應(yīng)器內(nèi)、外表面)刷制一定量的銀漿作為電流收集器，以覆蓋住電極為佳，并將銀絲纏繞各自表面，引出。將管式脫硝反應(yīng)器采用銀膠封裝于套管式進(jìn)氣系統(tǒng)中，銀絲留置于管外作為電流收集用。將封裝好的電化學(xué)脫硝反應(yīng)器置于電爐中，升溫至700-800℃，向陰極側(cè)通入含有nox的模擬煙氣進(jìn)行電化學(xué)脫硝。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明具有以下有益效果：

相對于采用氣體或者液體作為還原劑的scr脫硝過程來說，它的還原劑為固體碳，來源廣，資源豐富，價格便宜。同時，儲存和運輸攜帶方便、安全，無二次污染；

由于還原劑與煙氣不直接接觸，不存在與煙氣中so2反應(yīng)的問題，因此對催化劑無毒害作用；

電化學(xué)還原nox過程中，電子的得失可以在外電路產(chǎn)生一定量的電流，并且固體碳材料的能量密度比氣體、液體高。因此在脫硝過程中，可以獲取副產(chǎn)品電能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中管式電化學(xué)脫硝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明所述制備工藝制得的各種碳材料掃描電鏡形貌圖。

圖中，1-碳材料，2-陽極支撐體ni-ysz，3-固體電解質(zhì)ysz膜，4-陰極lsm。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。

實施例：如圖1所示，實施例1：稱取高比表面積活性炭1.0g(sbet＝1800m²/g)，在90℃條件下烘干1h，將烘干后的活性炭裝填入ni-ysz(陽極)|ysz(固體電解質(zhì)膜)|lsm(陰極)為結(jié)構(gòu)的管式膜反應(yīng)器的陽極腔(φ內(nèi)＝9.0mm)中，在陽、陰極表面纏繞銀絲作為電流引導(dǎo)線，并刷制一定量的銀漿作為電流收集器，以覆蓋住電極為佳，然后，在陽極腔管口塞少量石英棉固定住碳材料，將填有碳材料的管口用銀漿密封，并將銀絲置留于管外。將封裝好的電化學(xué)脫硝反應(yīng)器置于電爐中，升溫至800℃當(dāng)向陰極側(cè)通入nox(1500ppm)流速為53.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)96.93％，外部電壓為0.082v；當(dāng)nox(1500ppm)流速為150.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)89.14％，外部電壓為0.12v。

實施例2：稱取炭黑1.0g(sbet＝95.6m²/g)，在90℃條件下烘干1h。將烘干后的炭黑裝填入ni-ysz(陽極)|ysz(固體電解質(zhì)膜)|lsm(陰極)為結(jié)構(gòu)的管式膜反應(yīng)器的陽極腔(φ內(nèi)＝9.0mm)中。在陽、陰極表面纏繞銀絲作為電流引導(dǎo)線，并刷制一定量的銀漿作為電流收集器，以覆蓋住電極為佳。然后，在陽極腔管口塞少量石英棉固定住碳材料，將填有碳材料的管口用銀漿密封，并將銀絲置留于管外。將封裝好的電化學(xué)脫硝反應(yīng)器置于電爐中，升溫至800℃，當(dāng)向陰極側(cè)通入nox(1500ppm)流速為50.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)97.65％，外部電壓為0.094v；當(dāng)nox(1500ppm)流速為150.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)63.75％，，外部電壓為0.15v。

實施例3：稱取上述準(zhǔn)備好fe³⁺處理過的炭黑(fe³⁺/c)1.0g(比表面積97.7m²/g)，在90℃條件下烘干1h。將烘干后的活性炭裝填入ni-ysz(陽極)|ysz(固體電解質(zhì)膜)|lsm(陰極)為結(jié)構(gòu)的管式膜反應(yīng)器的陽極腔(φ內(nèi)＝9.0mm)中。在陽、陰極表面纏繞銀絲作為電流引導(dǎo)線，并刷制一定量的銀漿作為電流收集器，以覆蓋住電極為佳。然后，在陽極腔管口塞少量石英棉固定住碳材料，將填有碳材料的管口用銀漿密封，并將銀絲置留于管外。將封裝好的電化學(xué)脫硝反應(yīng)器置于電爐中，升溫至800℃，當(dāng)向陰極側(cè)通入nox(1500ppm)流速為50.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)98.54％，外部電壓為0.10v；當(dāng)nox(1500ppm)流速為150.0ml/min時，nox在lsm陰極表面的電化學(xué)脫硝效率最高達(dá)82.74％，外部電壓為0.17v。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。