CeO2-V2O5-WO3-TiO2催化劑脫硝過程中單質(zhì)汞氧化性能研究.pdf

1、我國燃煤汞含量約為世界平均水平的2倍，煤炭燃燒引起汞的大量排放，對環(huán)境和人體健康造成極大危害。燃煤煙氣中汞大多以單質(zhì)形態(tài)存在，且由于其易揮發(fā)、難溶于水的特點(diǎn)較難脫除。因此，利用現(xiàn)有SCR脫硝裝置將單質(zhì)汞氧化為穩(wěn)定的化合物，并通過后續(xù)煙氣除塵及脫硫裝置進(jìn)行脫除，是目前煙氣脫汞的重要研究方向。本文以商用 V2O5-WO3/TiO2脫硝催化劑為基礎(chǔ)，采用鈰摻雜的方法對其配方進(jìn)行調(diào)整，研究了該催化劑的脫硝、脫汞性能，探究單質(zhì)汞氧化機(jī)理。

2、　　首先，采用浸漬法制備了CeO2-V2O5-WO3/TiO2催化劑，并對制備的催化劑進(jìn)行了表征，其中V2O5含量控制在0.1~1％，CeO2含量控制在0~10%。結(jié)果表明，添加CeO2后催化劑的比表面積略有減小，但與鈰的摻雜量不成線性關(guān)系。催化劑的平均孔徑在13~15nm之間，摻雜CeO2對催化劑的微觀結(jié)構(gòu)影響較小。催化劑中TiO2載體均以銳鈦礦相形態(tài)存在，活性組份 V2O5含量在1%以下時(shí)高度分散在載體表面，而當(dāng)CeO2含量增加到5

3、%時(shí)開始形成方鈰礦相微晶區(qū)。
　　其次，考察了催化劑的脫硝性能。摻雜了Ce以后脫硝率有向高溫移動(dòng)的趨勢。在溫度為150~300℃的區(qū)間內(nèi)，其脫硝活性較摻雜前均有一定的下降，但在300~450℃的溫度區(qū)間內(nèi)其脫硝活性相對鈰摻雜前均略有提高，并且在450℃時(shí)仍具有較高的脫硝率。在此溫度區(qū)間內(nèi)活性組分 V2O5和CeO2發(fā)生了協(xié)同還原 NO的作用。
　　再次，考察了煙氣組分對催化劑的汞氧化性能影響。SO2對汞的氧化具有一定的促進(jìn)作

4、用，主要是在氧氣條件下，生成 HgSO4促進(jìn)了汞的氧化。NH3對汞氧化具有一定的抑制作用，是因?yàn)镹H3在催化劑表面和HCl競爭吸附，占據(jù)了催化劑的活性位點(diǎn)所致。在汞氧化脫除過程中，HCl是最主要的活性氣體。當(dāng)煙氣中存在O2和HCl的情況下，催化劑的汞氧化效率有著顯著的提升，在20ppmHCl、4%O2、400℃時(shí)可達(dá)98%左右，1Ce0.5V5W/Ti催化劑有著最佳的汞氧化效果。在降低釩含量的同時(shí)增加鈰的摻雜量有助于汞氧化活性的提高，是

5、由于活性組分 CeO2和V2O5在催化劑表面高度分散，鈰和釩在汞氧化反應(yīng)過程中發(fā)生了協(xié)同作用的緣故。
　　最后，對催化劑的汞氧化機(jī)理進(jìn)行探究。摻雜了Ce以后并沒有影響催化劑的表面基團(tuán)。催化劑表層的羥基鍵，穩(wěn)定存在于波數(shù)3630cm-1處。Ce的引入主要是影響了催化劑的B酸酸量，對L酸的濃度無明顯影響。摻雜了Ce以后隨著V的含量降低，直接導(dǎo)致V5+-O結(jié)合鍵的減少。V含量從1%降到0.1%，B酸濃度因此由0.157mmol/g降到0

6、.009mmol/g。而對于L酸的活性位無太大關(guān)系，L酸濃度在0.2 mmol/g附近波動(dòng)。對于單質(zhì)汞在Ce元素表面的催化去除過程可以分解并簡化為以下三步：?元素汞和HCl氣體吸附在催化劑表面的活性位點(diǎn)；?催化劑 CeO2表面的晶格氧，氧化吸附態(tài)元素汞或者中間物種，生成HgO或者Hg-Cl的中間物種，再與Cl或者HCl等反應(yīng)形成穩(wěn)定的HgCl2；?氣相的O2氧化低價(jià)的Ce2O3，形成CeO2，并且對催化劑的晶格氧進(jìn)行補(bǔ)充。至此，整個(gè)過程