钛基复合催化剂对零价汞催化氧化的研究

燃煤导致的汞污染越来越严重,已经引起了国际上广泛的关注。我国燃煤中汞含量偏高而氯含量偏低,这使得我国燃煤烟气中零价汞的控制问题十分突出。因此,对于燃煤烟气汞排放的有效控制成为近几年的重点问题。 烟气中气态零价汞的催化转化被认为是一种提高燃煤电厂烟气汞去除的有效方法。常规的SCR催化剂对烟气中的零价汞具有一定的催化氧化作用,从而有利于提高下游的除汞效率。但在烟气HCl浓度较低时,SCR催化剂对燃煤烟气中的零价汞催化氧化效果较差。为了能够充分利用现有的选择性催化还原脱硝（SCR）催化剂,在烟气中低HCl浓度的情况下能够对零价汞的转化发挥协同作用,对不同的钛基催化剂以及常规SCR催化剂在不同温度下的性能进行了研究。通过对不同钛基催化剂的筛选发现,在不影响脱硝效果的前提下,钌氧化物（RuO2）表现出良好的零价汞转化能力,这也表明RuO2对SCR催化剂进行改性提高其除汞能力具有很大前景。为了进一步提高SCR催化剂对零价汞的催化氧化效果,本研究在现有SCR催化剂基础上,通过负载其它金属元素的方法,对其进行改性掺杂。RuO2改性的SCR催化剂表现出良好的抗二氧化硫能力和抗氨能力。在加入10ppm HCl的模拟烟气中,Ru改性的SCR催化剂能够达到90%以上的零价汞催化氧化效率,这大大降低了烟气中HCl浓度的需求。 另外,实验研究发现负载锰氧化物的Mn/SCR催化剂,对零价汞的催化氧化作用明显提高,而将其再掺杂Mo后,其催化氧化性能得到更进一步提高。在反应温度350℃的条件下,加入10ppm HCl, Mo-Mn/SCR对零价汞的催化氧化效率接近90%,而常规SCR催化剂只有35%左右。另外,Mo只有在与Mn结合使用,其促进作用才能较显著地体现出来。对改性后的SCR催化剂的脱硝性能研究表明,掺杂Mo-Mn元素对于SCR的脱硝性能无明显影响。 通过XRD、XPS、TEM等表征手段分析和探讨了催化反应可能的机理。通过对Deacon反应的实验研究以及对零价汞转化机制的探讨发现,零价汞的催化氧化反应不是直接依赖于Deacon反应产生的氯气,原子Cl被认为是氧化零价汞的主要物质。Ru/SCR催化剂中的V和W成分可能对其在二氧化硫存在的情况下,通过Deacon反应转化零价汞的过程起到了帮助。这种多金属复合的结构可能使得Ru/SCR催化剂具有更好的抗硫中毒能力。 通过本文的一些实验研究和分析表征可知,掺杂改性后Ru改性催化剂和Mo-Mn改性SCR催化剂在不影响烟气脱硝的情况下具有较高的零价汞催化氧化效果,对烟气中氯浓度的要求低且具有良好的抗硫和耐氨性能,具有较好的工业运用前景。此外,本文的研究成果对燃煤烟气汞排放控制技术的研究开发和工业运用具有一定的指导意义。