基於酸-鹼性位調控的Hg0-NO協同催化氧化反應機理研究

《基於酸-鹼性位調控的Hg0-NO協同催化氧化反應機理研究》是依託中國人民大學，由常化振擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於酸-鹼性位調控的Hg0-NO協同催化氧化反應機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：常化振
• 依託單位：中國人民大學

項目摘要

利用SCR催化劑將單質汞（Hg0）氧化結合除塵和脫硫設施除汞被認為是一種經濟有效的燃煤煙氣脫汞技術途徑。然而，NH3抑制Hg0的氧化，HCl和溴易使SCR催化劑中毒限制了該技術的套用。本項目針對SCR催化劑氧化Hg0的技術瓶頸，提出將SCR主反應區與Hg0氧化區前後分化的設計思路，開發新型的Hg0-NO協同氧化催化劑實現Hg0和NO的高效氧化脫除。本項目從催化劑表面酸-鹼性位調控出發，合成新型氧化型催化劑，揭示鹼性位在Hg0氧化反應中的作用機制，建立鹼性位分布特徵與NO和HCl吸附行為的耦合關係。通過添加助劑進一步改善Hg0催化氧化過程中抗NH3中毒性能以及協同氧化過程中抗水蒸氣干擾性能。研究酸-鹼活性位和氧化還原位之間的內在聯繫，從分子層面揭示酸-鹼性影響Hg0和NO吸附-催化氧化的一般性規律，構建Hg0-NO催化氧化反應理論體系，為Hg0和NO協同控制和深度減排提供理論支撐。

結題摘要

煙氣元素汞（Hg0）催化氧化和一氧化氮選擇性催化氧化技術（NO-SCO）是近幾年大氣污染控制領域研究的熱點。本研究利用模擬煙氣篩選出了Hg0氧化、NO氧化性能較好的催化劑，研究了表面酸鹼性調控與催化活性之間的構效關係，並針對技術推廣套用分別進行了抗NH3干擾和抗H2O中毒機理研究，開發出了具有優良抗NH3干擾性能的Hg0氧化催化劑，以及具有優異抗H2O性能的NO氧化催化劑。並且利用多種表征手段對所篩選的催化劑進行表征，對Hg0、NO催化氧化機制進行了探討。利用水熱法製備的Fe(0.3)-Ce-O催化劑具有較好的Hg0氧化性能，利用Hg0-TPD和 In-situ DRIFTS等表徵發現，弱酸性位在Hg0和NH3競爭吸附中起關鍵作用。Fe(0.3)-Ce-O催化劑豐富的弱酸性位促進了Hg0的吸附，降低了NH3與Hg0競爭吸附的影響，從而提高了Hg0氧化性能。此外，較大的比表面積、較高比例的表面化學吸附氧，有利於NH3存在條件下Fe(0.3)-Ce-O催化劑上Hg0的氧化反應進行。通過研究發現，相比於Fe2O3/TiO2、CeO2/TiO2和V2O5-W2O3/TiO2催化劑，CuO/TiO2催化劑Hg0氧化效率更好，在100-400oC下Hg0氧化效率接近100%。而其他三種催化劑在NH3存在下的的Hg0氧化效率均受到了明顯的抑制。CuO/TiO2催化劑具有較多的弱酸性位，使得催化劑在NH3存在下具有優良的Hg0吸附性能，也提高了催化劑NH3抗干擾性能。NO催化氧化研究方面，首先考察了不同製備方法對CoOx催化劑NO氧化活性的影響，發現油浴法製備的CoOx催化劑NO氧化效果較好。通過摻雜Sn合成Sn-Co-O催化劑調控表面鹼性位分布，發現Sn(0.75)-Co-O表現出優異的NO催化氧化活性。通過NO-TPD表徵發現，Sn-Co-O催化劑在H2O存在時，Sn-Co-O催化劑上的強鹼性位可能與H2O作用形成較弱的鹼性位（如-OH等），有利於NO反應的進行。研究證明，通過調控表面鹼性位改善NO氧化催化劑耐H2O性能是可行的思路。基於該思路，通過調節pH來調控CuMn複合金屬氧化物表面的酸鹼性位來改善催化劑抗H2O中毒性能。調控表面鹼性會抑制H2O對表面氧原子的吸附，促進NO在CuMnpH6催化劑上的吸附，提高了催化劑的氧化還原性能。