工業(yè)尾氣中的硫化物，不僅是造成大氣污染的主要“元兇”，也是企業(yè)面臨的環(huán)保難題。
日前，記者從昆明理工大學(xué)獲悉，該校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院寧平、李凱教授團隊在工業(yè)尾氣精脫硫領(lǐng)域取得重大突破，研發(fā)出一種具有“動態(tài)擇形效應(yīng)”的新型催化劑，可將尾氣中硫化物深度脫除至億分之五以下，同時實現(xiàn)多附加值產(chǎn)品的定向調(diào)控，為工業(yè)尾氣的綠色治理與資源化利用提供了創(chuàng)新且高效的解決方案。相關(guān)研究成果已在《應(yīng)用催化B：環(huán)境與能源》《環(huán)境科學(xué)和技術(shù)》等國際期刊上發(fā)表。
在煤化工、石油化工等行業(yè)，生產(chǎn)過程中排放的尾氣常含有硫化氫、有機硫等多種硫化物；若處理不當(dāng)，不僅可能導(dǎo)致催化劑中毒，還可能進入大氣形成酸雨、PM2.5等污染物。
然而長期以來，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)。如有的技術(shù)脫硫精度不夠，殘留的硫化物仍會腐蝕設(shè)備、影響環(huán)境；有的技術(shù)工藝復(fù)雜、副產(chǎn)物單一，難以兼顧環(huán)保要求與經(jīng)濟效益。
針對這一難題，寧平與李凱團隊另辟蹊徑，提出通過精準(zhǔn)調(diào)控三氧化二鐵微觀結(jié)構(gòu)的新思路，將原本僅用作吸附劑的三氧化二鐵，轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝曳€(wěn)定的硫化氫選擇性氧化催化劑。
“基于鐵與錳原子半徑和物理化學(xué)性質(zhì)相似的特點，我們采用錳摻雜三氧化二鐵的合成方法，成功制備出具有豐富表面非對稱氧空位的‘金屬—分子篩’復(fù)合催化劑。”寧平介紹，這種方法能讓錳物質(zhì)完整嵌入三氧化二鐵晶格，形成獨特的非對稱“鐵—氧—錳”結(jié)構(gòu)，并進一步構(gòu)建出“鐵—氧空位—錳活性”中心，顯著提升了催化劑的氧活化性能，為硫化物的高效轉(zhuǎn)化提供了堅實基礎(chǔ)。
當(dāng)工業(yè)尾氣通過該團隊研發(fā)的催化劑時，不同類型的硫化物分子會被精準(zhǔn)識別并“捕獲”到對應(yīng)的活性位點，反應(yīng)過程中孔道結(jié)構(gòu)還能隨反應(yīng)條件動態(tài)調(diào)整，確保反應(yīng)高效進行。實驗結(jié)果顯示，該催化劑對硫化氫、甲硫醇、二甲基硫醚等典型硫化物的脫除率均達到99.99%以上，最終尾氣中硫化物殘留量低于億分之五，遠(yuǎn)優(yōu)于國家現(xiàn)行最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)。
值得注意的是，科研人員還可通過調(diào)節(jié)錳的摻雜比例，靈活控制催化劑的氧化性能，以適應(yīng)不同工況下的反應(yīng)需求。
記者了解到，這一系列技術(shù)突破了傳統(tǒng)脫硫技術(shù)副產(chǎn)物單一的局限，實現(xiàn)了“治污”與“創(chuàng)效”的雙贏——通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和壓力，硫化物可被定向轉(zhuǎn)化為硫磺、硫酸或高純度硫單質(zhì)。其中高純度硫單質(zhì)純度達99.95%，可直接作為化工原料出售。
李凱介紹，目前團隊正積極與多家化工企業(yè)開展合作對接，加快推進相關(guān)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。未來，隨著持續(xù)的研發(fā)投入與技術(shù)創(chuàng)新，團隊研發(fā)的新型催化劑有望幫助企業(yè)在達成環(huán)保目標(biāo)的同時，收獲實實在在的經(jīng)濟回報。
節(jié)能低碳
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