低温SCR催化剂Mn/Co-Ce-ZrO2协同脱除燃煤烟气中Hg0和NO的研究

摘要

中国很大部分煤用于电厂发电，伴随燃煤产生的NOx和Hg0会给人体和生态环境带来严重的危害，将水溶性很低的Hg0催化氧化成水溶性高的Hg2+是一种有潜力的技术。研究表明SCR催化剂能将Hg0氧化成Hg2+。通过电厂现有污染控制系统SCR脱硝系统实现协同脱硝脱汞不仅操作简单还能节省费用，是一种非常有应用前景的技术。实现良好协同脱硝脱汞效果的关键在于选择性能优异的催化剂。本文针对现有SCR催化剂脱汞效率低的不足，首先研究Co掺杂改性催化剂Ce-ZrO2后对Hg0吸附和氧化能力的影响。在此基础之上对Co0.3-Ce-ZrO2进行Mn负载来提高其脱硝能力，综合考虑催化剂脱硝、脱汞的表现，选择性能优异的催化剂实现协同脱硝脱汞的目标。
　　本研究主要内容包括：⑴共沉淀法合成催化剂Cox-Ce-ZrO2，考察不同Co掺杂量的催化剂对Hg0的吸附和氧化能力。表征结果表明Co添加改性使催化剂比表面积升高、低温氧化还原性能增强及化学吸附氧含量升高，从而明显增强催化剂的吸附性能和氧化能力。当Co/Co-Ce-ZrO2的摩尔比为0.3时催化剂Co0.3-Ce-ZrO2表现出最强的吸附性能和氧化能力，其脱汞效率在最初120 h内接近100%，并且164.5 h后对汞的脱除效率依然维持在80%以上；对Hg0的氧化效率在100-250 oC内为100%。⑵浸渍法对 Co0.3-Ce-ZrO2进行 Mn负载，研究其单独脱硝、脱汞能力。催化剂Mnx/Co0.3-Ce-ZrO2由于有 MnO2的存在显著增强了其脱硝活性，Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2和Mn0.2/Co0.3-Ce-ZrO2在200 oC时的脱硝效率均由未负载 Mn时的0升高到负载之后的96.3%。然而，催化剂 Co0.3-Ce-ZrO2负载 Mn之后对汞的氧化活性下降，原因在于Co0.3-Ce-ZrO2负载Mn之后其表面的化学吸附氧、Co、Co3+含量降低。⑶综合考虑催化剂单独脱硝、脱汞的表现，选择催化剂Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2进行协同脱硝脱汞研究。高空速180,000 h-1情况下催化剂对Hg0氧化效率和NO转化效率分别是83.6%和89.4%。同时考察发现在SCR+Hg0气氛中O2和NO对Hg0氧化的促进作用无法完全消除NH3对Hg0氧化的抑制作用，导致催化剂协同脱硝脱汞过程中脱汞的效率小于其单独脱汞的效率；反应生成的 HgO在催化剂表面累积占据催化剂的活性位点从而导致催化剂协同脱硝脱汞过程中脱硝的效率小于其单独脱硝的效率。⑷在SCR+Hg0气氛中研究烟气组分O2、H2O、SO2各自对催化剂Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2协同脱硝脱汞的影响。O2可以提高催化剂协同脱硝脱汞活性，然而H2O和SO2对协同脱硝脱汞起抑制作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 NOx和汞的危害及来源

1.3 脱硝技术

1.4 脱汞技术

1.5 SCR技术脱硝和脱汞存在的问题

1.6 本文的研究内容和意义

2 实验器材与方法

2.1 引言

2.2 实验系统

2.3 实验化学试剂和仪器

2.4 催化剂活性测试方法

2.5 催化剂表征

3 Co掺杂改性Ce-ZrO2催化剂脱汞研究

3.1 引言

3.2 Co掺杂改性Ce-ZrO2催化剂的制备

3.3 Co掺杂改性对催化剂吸附和氧化性能的影响

3.4 Co掺杂改性前后催化剂的结构分析

3.5 Co掺杂改性前后催化剂氧化还原性能分析

3.6 烟气组分对催化剂脱汞性能的影响

3.7 反应机理探讨

3.8 本章小结

4 Co0.3-Ce-ZrO2负载Mn协同脱硝脱汞研究

4.1 引言

4.2 催化剂Mnx/Co0.3-Ce-ZrO2制备

4.3 Mn负载量对催化剂脱硝和脱汞的影响

4.4 催化剂Mn/Co0.3-Ce-ZrO2表征

4.5 Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2协同脱硝脱汞性能

4.6 本章小结

5 不同工况对Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2协同脱硝脱汞性能的影响研究

5.1 引言

5.2 SCR+Hg0气氛中NO对Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2脱汞性能的影响

5.3 SCR+Hg0气氛中NH3对Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2脱汞性能的影响

5.4 SCR+Hg0气氛中Hg0对Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2脱硝性能的影响

5.5 烟气组分对Mn0.1/Co0.3-Ce-ZrO2协同脱硝脱汞性能的影响

5.6 XPS分析

5.7 协同脱硝脱汞机理探讨

5.8 本章小结

结论

创新点与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢