[发明专利]一种气体脱硫和脱硝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体脱硫和脱硝的方法，特别是采用具有光催化活性层和分离活性层的无机膜，脱除SO₂和NO_X等毒性气体的新技术，涉及环保领域的空气净化和废气治理。

背景技术

化石燃料燃烧过程中产生的SO₂和NO_X是大气污染的主要毒性污染源，因此，国内外相关学者和研究机构对此进行了大量的研究。目前，工业上对SO₂的脱除主要采用石灰石乳喷射吸收法，对NO_X脱除主要采用选择性催化还原法，这两种方法均依赖于对石灰石和氨水等物质的大量消耗。光催化氧化技术是近几年发展起来的一项空气净化技术，具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点，在节能减排领域受到越来越多的关注。光催化法脱硫脱硝的主要原理是反应物SO₂和NO_X首先通过吸附达到催化剂的表面，当TiO₂受到紫外线照射时所形成的具有强氧化性的羟基自由基(·OH)、超氧离子自由基(·O₂^-)以及·OOH等自由基，可将SO₂和NO_X氧化生成SO₄^2-和NO₃^-，但该方法尚处于实验室研究阶段，制约其工业化应用的主要问题在于：(1)难以应用到含烟尘体系。在实际体系中，往往存在大量的粉尘，这直接影响了紫外光的利用率和光催化效果。(2)催化剂的吸附能力差。目前采用的光催化剂的结构为超细粉体和薄膜两种形式，这两种形式的光催化剂的比表面积均较小，因而当其用于气体净化过程中时，过低的吸附能力往往限制了催化剂功能的发挥，近期的研究表明通过在TiO₂中添加活性炭和Fe₂O₃等吸附促进剂可有效的提高脱硝效果，但这同时也降低了催化剂的活性位，因此采用高比表面积具有良好的吸附特性的TiO₂光催化剂是解决该问题的有效途径。(3)催化剂再生困难。光催化反应的产物为包含硝酸、硫酸的黏稠液体，这些液体易在催化剂表面富集，进而导致光催化剂失活，因此需要频繁再生，但传统的光催化剂再生困难，且生成的稀酸因往往含有烟气粉尘等杂质而无法回收利用，因此产生新的污染。

无机陶瓷膜因具有良好的分离性能、化学稳定性和易于再生等优点，在节能减排领域得到广泛的应用。近年来，本发明申请人采用模板法制备出了高孔隙率、高比表面积的大孔(ZL 200610037611.9)和介孔陶瓷膜(申请号200810023906.X)，利用这些方法可合成具有光催化功能的锐钛矿型TiO₂或N掺杂的锐钛矿型TiO₂膜，这些膜品种的开发为采用TiO₂光催化膜进行脱硫脱硝提供了可能，但综观文献尚无采用TiO₂光催化膜进行脱硫脱硝的研究报道。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有光催化法难以应用到含烟尘体系、吸附能力差、催化剂再生困难等不足而提供了一种气体脱硫和脱硝的方法。

本发明的总体思路是采用具有光催化活性的TiO₂陶瓷膜，通过烟尘脱除过程和光催化过程的耦合，提高紫外光利用率；利用TiO₂陶瓷膜膜层的高比表面积提高光催化剂对SO₂和NO_X的吸附和脱除效果；同时，基于陶瓷膜优良的孔道特性和分离性能，提供一种简易的再生方法，并在光催化剂再生过程中有效的回收反应生成的硝酸、硫酸，通过材料的优选和设计，实现过程集成化。

本发明的具体技术方案是：一种气体脱硫和/或脱硝的方法，其特征在于将待处理气体在压力作用下压入具有光催化活性层和分离活性层的无机膜，首先加压压过分离活性层，实现气固分离，然后通过分离层的气体到达光催化活性层后，在紫外光的照射下进行光催化氧化反应，生成硝酸和硫酸，脱除SO₂和NO_X毒性气体。

本发明采用的无机膜具有光催化活性层和分离活性层，具体的制备方法可参考本发明申请人申请的专利ZL 200610037611.9、200810023906.X中所报道的方法，可以是片式、管式和中空纤维式，为便于紫外光的照射，采用管式和中空纤维式无机膜时光催化活性层应在外表面。