錳基低溫催化劑氧化煙氣中單質(zhì)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(zhì)汞（Hg0）、氧化態(tài)汞（Hg2+）以及顆粒態(tài)汞（HgP）三種形式存在，其中Hg0難以被現(xiàn)有的污染物控制裝置協(xié)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(xié)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(huán)境中而易致失活的經(jīng)驗，本文研究目標是開發(fā)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(huán)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(yīng)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(yīng)過程的活性物種，為優(yōu)化低溫催化性能提供理論支撐。將MnOx負載于失活的商業(yè)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(guān)，尤其是化學吸附氧，是催化劑低溫活性的關(guān)

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(jié)構(gòu)的錳基鈣鈦礦型氧化物（La1-xSrxMnO3）的低溫脫汞活性。活性測試結(jié)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(yōu)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(xiàn)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(yōu)異的儲氧能力和氧物種流動性強的特點。經(jīng)過活性測試發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(yīng)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(tài)O2可以迅速恢

6、復(fù)催化劑表面被消耗的活性氧。
　　為研究低溫煙氣中水合反應(yīng)對低溫催化Hg0的影響，本文研究了高濕環(huán)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(jié)果表明，水合反應(yīng)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(yīng)的過程產(chǎn)生影響，其主要原因是H2O會誘導(dǎo)HCl與活性組分反應(yīng)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