《低溫SCR催化劑Mn/Co-Ce-Zr協同脫除含硫煙氣中單質汞的基礎研究》是依託大連理工大學,由張曉鵬擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低溫SCR催化劑Mn/Co-Ce-Zr協同脫除含硫煙氣中單質汞的基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張曉鵬
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用低溫選擇性催化還原(SCR)催化劑脫除單質汞是實現協同脫硝、脫汞的有效手段，如何提高單質汞在含二氧化硫(SO2)煙氣中的脫除效率是關鍵。本申請項目以脫硝性能優異的低溫SCR催化劑體系Mn/Co-Ce-Zr為研究對象，設計並製備具有高分散度、高表面氧原子濃度的催化劑，為單質汞的吸附和催化氧化提供更多表面活性位點，實現含SO2煙氣中單質汞的高效脫除。通過調變製備參數和組分配比控制孔結構、分散度、表面氧原子濃度等研究催化劑理化性質對單質汞脫除效率的影響，從微納尺度優選催化劑；表征催化劑表面結構、元素組成，結合脫汞實驗數據揭示結構組成與催化性能之間的構-效關係；運用密度泛函理論計算方法和原位表征手段，研究SO2和單質汞在催化劑表面的吸附位點、吸附能和吸附行為，從分子水平闡明SO2對單質汞吸附和脫除的影響機制，為協同脫硝、脫汞的低溫SCR催化劑研發提供理論依據。
結題摘要
煤燃燒排放的氮氧化物（NOx）和單質汞（Hg0）是重要污染物，引起了嚴重的環境及人體危害。利用選擇性催化還原（SCR）方法脫除NOx是一種經濟、高效的脫除方式。SCR催化劑對Hg0具有一定的氧化能力，利用SCR催化劑催化氧化脫除Hg0有望實現協同脫硝、脫汞，是一種有前景的處理方式。煙氣中含有少量SO2，嚴重影響催化劑的催化活性，但其影響機制尚不清楚。本項目以Mn基催化劑為基礎，利用Co優異的氧化還原能力進行催化劑改性，得到低溫、高效氧化Hg0的催化劑，並對催化劑氧化Hg0的機制、SO2的影響機理、不同工況的脫Hg0效率進行深入分析。主要成果：1、雙功能催化劑最佳化設計，利用Mn提供酸性位吸附NH3脫硝，利用Co提供表面氧活性位氧化脫汞，達到了協同脫硝、脫汞的目的，在18萬的高空速下，效率可達80%，高於文獻報導最高值的10%以上。隨著反應進行，Hg0逐漸被氧化為HgO，覆蓋在催化劑表面，降低活性位點暴露數量，脫硝、脫汞活性均下降，對催化劑進行原位熱再生，催化劑脫硝、脫汞能力恢復；2、解耦汞的吸附和氧化過程，對SO2的影響機制分離研究，揭示SO2毒化Mn變為MnSO4是催化喪失Hg0吸附能力的主要原因，但當煙氣中含有O2，SO2與O2反應生成SO3，SO3與O2和Hg0進一步反應生成HgSO4，降低SO2的影響。進一步通過DFT計算，從分子層面闡明SO2對催化劑的作用機制，發現SO2與催化劑的結合能力是中毒過程的關鍵，Ce元素相比於Mn更容易吸附SO2，引入Ce之後，能在一定程度上保護主活性成分Mn不受毒化，顯著提升催化劑的抗硫性；3、利用Co變價提高催化劑表面活性位點數量，構築有序介孔結構，提高催化劑顆粒、孔徑均一度，提高傳質速率，進而大幅提升脫汞活性，使催化劑汞吸附容量提高近8倍，溫度視窗拓展到100-400℃，氧化效率達到95%以上。以上研究成果共發表申請人一作SCI論文7篇，兩篇為中科院TOP期刊，授權發明專利一項。
