錳基低溫催化劑氧化煙氣中單質汞的機理研究.pdf

1、燃煤電廠是人為汞排放的主要來源之一。燃煤煙氣中汞主要以單質汞（Hg0）、氧化態汞（Hg2+）以及顆粒態汞（HgP）三種形式存在，其中Hg0難以被現有的污染物控制裝置協同脫除。將Hg0在催化劑的作用下，氧化為水溶性的Hg2+，進而利用濕法脫硫裝置對其進行協同脫除是一種有效的脫汞方法。借鑒高溫選擇性催化還原催化劑由于活性溫度高、布置在除塵器前的高灰環境中而易致失活的經驗，本文研究目標是開發具備低溫活性的催化劑，將其布置于靜電除塵器后100-

2、200°C的低灰環境中。錳基材料是有潛力的低溫脫汞催化劑之一，但是已提出的錳氧化物（MnOx）催化劑存在活性溫度偏高（~250°C）、對HCl依賴性強、抗硫抗水性差等缺點。此外，錳基低溫催化劑表面氧化Hg0的活性物種尚未明確。針對上述問題，本文首先通過研究明確了低溫下參與Hg0催化氧化的活性組分，然后定向提出了不同形式錳基低溫催化劑，并研究了其脫汞性能、影響因素及反應機理。
　　首先，對典型以MnOx為活性組分的負載型催化劑進行脫

3、汞性能研究，以明確低溫條件下催化劑表面參與Hg0氧化反應過程的活性物種，為優化低溫催化性能提供理論支撐。將MnOx負載于失活的商業選擇性催化還原脫硝催化劑上，主要活性組分是高分散無定形的MnOx。催化劑的最佳脫汞活性溫度均為~250°C，這一最佳活性溫度偏高。在150-250°C，催化劑表面的Mn4+和化學吸附氧參與Hg0的氧化過程。催化劑表面生成了活性氯物種，且其生成和Mn4+以及化學吸附氧有關，尤其是化學吸附氧，是催化劑低溫活性的關

4、鍵。
　　針對MnOx在催化氧化Hg0過程存在的固有缺陷以及對低溫催化氧化過程中活性物種的明確，本文研究了具有較強儲氧能力和特殊結構的錳基鈣鈦礦型氧化物（La1-xSrxMnO3）的低溫脫汞活性?；钚詼y試結果表明，Sr摻雜比例x=0.4時，催化劑總體性能最佳，最佳活性溫度為100-200°C。由于其優異的儲氧能力以及表面化學吸附氧物種較強的流動性，催化劑在低濃度HCl氣氛下依然可以實現高效脫汞。雖然該催化劑的低溫性能相對MnOx有

5、較明顯的提升，但是抗硫性能沒有明顯的改善。
　　與錳基鈣鈦礦型催化劑的物理化學特性類似，錳摻雜的鈰鋯固溶體（CZMx）也具備優異的儲氧能力和氧物種流動性強的特點。經過活性測試發現，CZMx催化劑最佳活性溫度為150°C，且其對HCl的依賴性較弱?？沽蛐詼y試發現CZMx具備較強的抗硫性：純N2氣氛下，SO2對催化活性的抑制機理是SO2與反應物競爭消耗活性氧；當煙氣中同時存在O2時，SO2對催化劑的活性影響較小，因為氣態O2可以迅速恢

6、復催化劑表面被消耗的活性氧。
　　為研究低溫煙氣中水合反應對低溫催化Hg0的影響，本文研究了高濕環境中錳氧化物的物理化學特性的變化對其催化活性的影響。對催化劑的表征結果表明，水合反應后的催化劑表面的化學吸附氧以及Mn4+的濃度會降低，進而影響催化劑的低溫活性。此外，H2O的存在會對催化反應的過程產生影響，其主要原因是H2O會誘導HCl與活性組分反應生成晶格氯，而抑制活性氯的生成，進而抑制Hg0的氧化。
　　目前，對Hg0的脫