燃煤煙氣中零價汞氧化催化劑的制備及性能研究.pdf

1、煤燃燒過程中產(chǎn)生的金屬元素汞會對人的健康造成不可治愈的傷害，其中單質(zhì)汞(Hg0)是主要的控制對象。催化氧化脫汞是目前行之有效的方法之一，其利用煙氣中剩余的O2，在催化劑的作用下將Hg0氧化為容易去除的Hg2+。以具有強(qiáng)氧化性的過渡金屬Co和Mn為主活性組分，并同時選取合適的催化劑載體進(jìn)行脫汞實驗研究，通過XRD、BET、SEM、XPS、TPR等分析手段，研究催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌對催化劑脫汞性能的影響，同時通過TG、in-situ FT-I

2、R手段探討催化劑的脫汞機(jī)理，研發(fā)出高效穩(wěn)定的氧化Hg0的催化劑，為工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　　首先，以粉煤灰(FA)為載體，采用浸漬法分別負(fù)載不同含量的Co和Mn元素制備出催化劑，并研究不同活性組分對脫汞性能的影響。催化劑中的Co3+和Mn4+是脫汞反應(yīng)中的主要活性位點，而兩種催化劑分別在9％和10％的負(fù)載量時呈現(xiàn)了最高的Co3+和Mn4+含量，因而其具有最高的脫汞活性，其中Mn基催化劑具有較高的脫汞效率，在120℃和10％O2的

3、條件下，Hg0的脫除效率達(dá)到79％，但此時Mn/FA催化劑的穩(wěn)定性能并不理想。
　　為了增強(qiáng)催化劑的穩(wěn)定性，以MgO為載體，采用浸漬法進(jìn)行不同Mn含量的負(fù)載，研究載體對脫汞性能的影響。MgO為載體促進(jìn)了活性組分Mn在載體表面更均勻的分散，增加了催化劑的比表面積，同時使得催化劑表面具有更高的Mn4+和化學(xué)吸附氧Oβ含量，這不僅增加了Hg0的吸附容量，而且增強(qiáng)了表面的氧化能力。當(dāng)Mn負(fù)載量為10％時，催化劑具有最高的比表面積、Mn4+

4、和Oβ含量，因而10Mn/MgO脫汞活性最高，Hg0的脫除率達(dá)到82％。
　　為了進(jìn)一步提高催化劑的脫汞活性，增強(qiáng)汞吸附量，考察了不同活性組分Mn的晶型對脫汞性能的影響。不同Mn的負(fù)載量可以造成不同形式的MnOx的生成，其低負(fù)載量時Mn物種呈無定形態(tài)，而40％Mn負(fù)載量時，Mn摻雜進(jìn)MgO晶格中形成固溶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加Mn負(fù)載量時，則為Mg摻雜進(jìn)MnOx晶格中，固溶體結(jié)構(gòu)的生成使得Mn物種更均勻的分散，且可避免Mn過快的失活，使

5、得催化劑具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性;其中40Mn/MgO催化劑具有更高的Mn4+和Oβ含量，因而40Mn/MgO催化劑的脫汞活性較高，同時汞吸附能力得到了大幅提升，120℃和10％O2的條件下，Hg0的脫除效率達(dá)到96％。
　　采用TG、in-situ FT-IR等表征分別探討了Co/FA和Mn/MgO催化劑的脫汞機(jī)理。兩種催化劑的脫汞機(jī)理均為Mars-Maessen機(jī)理，其中Co3+和Mn4+分別是Co/FA和Mn/MgO催化劑的主活性位