含硫烟气中Ce改性Zr-MnOx催化剂脱汞性能的研究

摘要

过渡金属氧化物催化剂在燃煤烟气脱汞方面表现出十分可观的潜在应用前景。但是其脱汞效率极易受到燃煤烟气条件的影响，其中燃煤烟气中存在的SO2对其影响尤为明显。然而对于SO2在催化剂脱汞过程中的影响机制，现阶段研究尚未有一个确切的解释。因此，针对SO2在脱汞过程中的影响机制进行研究，对于开发新型高效的过渡金属氧化物脱汞催化剂十分有必要。
　　本论文以Ce改性Zr-Mn为研究对象，对其Hg0吸附性能、Hg0催化氧化性能以及SO2对Ce0.1-Zr-Mn脱汞性能的影响机制进行了详细的研究。实验中采用共沉淀法制备了 Zr-Mn，并经过等体积浸渍法制备了 Ce改性 Zr-Mn催化剂Ce0.1-Zr-Mn等。在实验过程中，通过将Ce0.1-Zr-Mn预吸附Hg0饱和将其Hg0吸附过程与Hg0催化氧化过程分开，进而分别研究了两个过程中SO2的影响作用。并通过XRD、BET、H2-TPR、XPS、TGA等表征手段对催化剂的理化性质进行了表征，说明了SO2在Ce0.1-Zr-Mn表面的Hg0吸附过程与Hg0催化氧化过程中的影响机制。本实验对SO2在Ce0.1-Zr-Mn的Hg0吸附过程及Hg0催化氧化过程的影响机制进行了详细的研究，并得到了相应的结论。研究结果表明：
　　Zr-Mn经过Ce的改性后，其Hg0吸附容量以及Hg0催化氧化效率有了明显提升，尤其是Ce0.1-Zr-Mn。其Hg0吸附效率在初始的40小时左右保持了超过90%的吸附效率，之后在经过将近95小时的测试后，逐渐下降至30%左右，其Hg0吸附容量为1.22×10-1 mg/g；经过Ce改性之后，Ce0.05-Zr-Mn以及Ce0.1-Zr-Mn表现出十分优异的Hg0氧化活性，其Hg0氧化效率在100-250℃范围内保持在90%以上；表征结果表明，Ce的改性可以提高Zr-Mn的BET比表面积，降低活性成分的结晶度，催化剂的还原温度降低，因此，催化剂的氧化还原活性有所提高。
　　对于SO2影响机制的研究，实验结果以及表征结果表明：在Hg0的吸附过程中，SO2会毒化 Ce0.1-Zr-Mn表面的吸附活性位点形成 Mn-SO42-，从而使Ce0.1-Zr-Mn失去Hg0吸附活性；在Hg0的催化氧化过程中，当Ce0.1-Zr-Mn表面的活性位点完全被毒化形成 Mn-SO42-后，Hg0在 Ce0.1-Zr-Mn表面的催化氧化过程遵从Eley-Rideal机制，即SO2首先吸附在Ce0.1-Zr-Mn表面吸附，并与气相中的O2反应形成SO3，SO3作为新的反应活性位点与Hg0以及O2反应生成HgSO4，从而完成Hg0的催化氧化。
　　研究结果为开发新型高效的过渡金属氧化物脱汞催化剂提供了一定的理论基础。

目录

声明

1. 文献综述

1.1. 研究背景

1.2. 汞的基本理化性质、来源及危害

1.3. 现行燃煤烟气脱汞技术

1.4. 烟气中SO2对脱汞催化剂脱汞性能的影响

1.5. 研究目的及研究内容

2.1. 实验试剂与仪器设备

2.2. 实验反应设备设计

2.3. 实验操作流程

2.4. 催化剂制备方法

2.5. 催化剂表征方法

3. Ce改性Zr-Mn催化剂脱汞性能的研究

3.1. Ce改性Zr-Mn催化剂的Hg0吸附性能研究

3.2. Ce改性Zr-Mn催化剂的Hg0氧化性能研究

3.3. Ce改性Zr-Mn催化剂的理化性质表征

3.4. SO2对Ce改性Zr-Mn催化剂的Hg0脱除性能影响

3.5. 本章小结

4. SO2对Ce0.1-Zr-Mn脱汞过程的影响机制研究

4.1. SO2对Ce0.1-Zr-Mn的Hg0吸附过程的影响机制研究

4.2. SO2对Ce0.1-Zr-Mn的Hg0氧化过程的影响机制研究

4.3. 本章小结

5. 不同烟气成分下SO2的影响机制

5.1. O2浓度对SO2影响机制的作用

5.2. H2O条件下SO2的影响机制

5.3. NO、NH3条件下SO2的影响机制

5.4. 本章小结

6. 结论与展望

参考文献

攻读学位期间所发表学术论文

致谢