基于θ-Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法技术

本发明专利技术属于资源与环境领域，具体涉及一种基于θ

be based on \u03b8- A method of efficient catalytic decomposition of CF4 and HF by-products in electrolytic aluminum flue gas by Al2O3 Catalyst

【技术实现步骤摘要】
基于
θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法


[0001]本专利技术属于资源与环境领域，具体涉及一种基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法。

技术介绍

[0002]我国电解铝的产量逐年稳定增加，2021年我国电解铝产量高达3850万吨，由于电解铝生产过程中的阳极效应，每生产一吨电解铝，约产生2Kg CF4，以2021年我国电解铝产量来算，3850万吨铝至少产生7.6万吨CF4，其全球变暖潜能值(Global Warming Potential，GWP)为二氧化碳(CO2)的7390倍，其排放当量为4.9亿吨CO2，而电解铝行业CO2的排放量仅为0.38亿吨，且CF4十分稳定，在大气中的自然分解时间需要50,000年。因此，对于处理电解铝工业排放的CF4气体特别重要。
[0003]另一方面，C
‑
F键很强，其键能为543kJ mol
‑1，破坏CF4分子的结构需要较苛刻的条件。由于操作简单、处理通量大，处理温度较低、没有有害的终端产物产生，催化水解法是目前最有效也是也合适的手段处理CF4分子，θ
‑
Al2O3纳米片催化剂具有较大的比表面积和丰富的路易斯酸位点，是催化水解CF4的理想催化剂。催化水解法分解CF4得到的终端产物为CO2和HF，HF通过水瓶吸收，收集得到的HF废液通过化学沉淀法可以得到Na3AlF6和CaF2，可作为电解铝行业的原材料。目前，还未有基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及其HF副产物资源化的相关专利报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，该方法基于高效催化CF4的θ
‑
Al2O3催化剂，具有优异的催化性能和稳定性。在其制备过程中，反应时间短、简单易行，HF废液资源化得到的Na3AlF6和CaF2为电解铝工业中的原材料，实现了电解铝烟气中的含氟气体的氟循环。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于θ
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Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，先通过水热法制备θ
‑
Al2O3纳米片，在固定床上实现θ
‑
Al2O3纳米片催化剂高效分解CF4，收集得到的HF废液，通过化学沉淀法得到Na3AlF6和CaF2。
[0007]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，制备θ
‑
Al2O3纳米片具体步骤如下：
[0008](1)将异丙醇铝加入到异丙醇溶液中，充分搅拌得到混合反应液；
[0009](2)向上述得到的混合反应液中加入去离子水，充分搅拌后，转移至反应釜中，在100～120℃下反应0.5～2h，冷却后经过洗涤、离心、烘干得到白色前驱体粉末；
[0010](3)将上述得到的白色前驱体粉末转移至坩埚中，经高温煅烧，冷却后得到θ
‑
Al2O3纳米片，即所述高效催化分解CF4的θ
‑
Al2O3纳米片催化剂材料。
[0011]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，步骤(1)中，异丙醇铝的加入量为10.000g，异丙醇的加入量为100ml，搅拌转速为500转/分钟，搅拌时间为12h；步骤(2)中，去离子水的加入量为10ml，搅拌时间为10min，反应釜的容量为150ml，反应温度为110℃，反应时间为1h。
[0012]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，步骤(3)中，高温煅烧温度为850～950℃，反应时间为3～5h，升温过程中：室温到600℃的升温速率为4～6℃/min，600℃到850～950℃的升温速率为0.5～2℃/min。
[0013]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，固定床上θ
‑
Al2O3纳米片催化剂高效分解CF4的测试方法，具体过程如下：
[0014](1)将θ
‑
Al2O3纳米片催化剂装填到固定床的反应仓中，由供气系统预通入CF4与Ar气混合气体；
[0015](2)将固定床的反应仓升温到测试温度，加热汽化室，将水蒸气通入反应仓中；
[0016](3)上述过程得到的尾气，先通过去离子水水瓶，后经过干燥管干燥，干燥后的气体进入气相色谱仪检测气体的组分及含量。
[0017]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，步骤(1)中，固定床由供气系统、汽化室、反应仓、去离子水水瓶、干燥管和气相色谱仪组成。
[0018]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，步骤(1)中，θ
‑
Al2O3纳米片催化剂的填充量为1.000g，反应仓的内径为19mm；按体积百分比计，CF4与Ar气混合气体组分为：0.5％的CF4，99.5％的Ar气，混合气体的流速为33.3ml/min；步骤(2)中，反应仓的温度为650～750℃，升温速率为10℃/min；汽化室的加热温度为200℃，进水速率为0.007ml/min；步骤(3)中，去离子水水瓶的容量为500ml，加入的去离子水量为300ml；干燥管为圆桶状，加入的干燥剂为变色硅胶，变色硅胶加入量为500g。
[0019]所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，CF4与水蒸气的体积比例为1:50。
[0020]所述的基于θ
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Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，化学沉淀法得到Na3AlF6和CaF2的回收方法，具体过程如下：
[0021](1)向吸收CF4分解后产生的HF去离子水溶液中加入氨水，溶液的pH值调至pH＝8，加入硫酸钠和硫酸铝，充分搅拌后，混合溶液在水浴锅中保温，通过离心分离沉淀和清液，沉淀通过烘干得到Na3AlF6；
[0022](2)向上述清液中加入CaCl2，溶液的pH值调至pH＝10，充分搅拌后，通过离心分离沉淀和清液，沉淀通过烘干得到CaF2。
[0023]所述的基于θ
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Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，步骤(1)中，HF去离子水溶液的含氟量为23g/L，氨水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，其特征在于，先通过水热法制备θ
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Al2O3纳米片，在固定床上实现θ
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Al2O3纳米片催化剂高效分解CF4，收集得到的HF废液，通过化学沉淀法得到Na3AlF6和CaF2。2.如权利要求1所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，其特征在于，制备θ
‑
Al2O3纳米片具体步骤如下：(1)将异丙醇铝加入到异丙醇溶液中，充分搅拌得到混合反应液；(2)向上述得到的混合反应液中加入去离子水，充分搅拌后，转移至反应釜中，在100～120℃下反应0.5～2h，冷却后经过洗涤、离心、烘干得到白色前驱体粉末；(3)将上述得到的白色前驱体粉末转移至坩埚中，经高温煅烧，冷却后得到θ
‑
Al2O3纳米片，即所述高效催化分解CF4的θ
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Al2O3纳米片催化剂材料。3.如权利要求2所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，其特征在于，步骤(1)中，异丙醇铝的加入量为10.000g，异丙醇的加入量为100ml，搅拌转速为500转/分钟，搅拌时间为12h；步骤(2)中，去离子水的加入量为10ml，搅拌时间为10min，反应釜的容量为150ml，反应温度为110℃，反应时间为1h。4.如权利要求2所述的基于θ
‑
Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，其特征在于，步骤(3)中，高温煅烧温度为850～950℃，反应时间为3～5h，升温过程中：室温到600℃的升温速率为4～6℃/min，600℃到850～950℃的升温速率为0.5～2℃/min。5.如权利要求1所述的基于θ
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Al2O3催化剂高效催化分解电解铝烟气中的CF4及HF副产物资源化的方法，其特征在于，固定床上θ
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Al2O3纳米片催化剂高效分解CF4的测试方法，具体过程如下：(1)将θ
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Al2O3纳米片催化剂装填到固定床的反应仓中，由供气系统预通入CF4与Ar气混合气体；(2)将固定床的反应仓升温到测试温度，加热汽化室，将水蒸气通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，张行，龙焱，陈颖康，傅俊伟，李红梅，林璋，柴立元，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：