ZrO2改性CuO-CeO2/TiO2催化剂同时脱除烟气中Hg0和NO的研究

摘要

燃煤电厂是主要人为排放污染源之一，产生了很多大气污染物。其中 Hg0和NOx是主要环境污染物，近年来引发了广泛关注。汞在环境中具有挥发性、持续性。生物累积性的特点，是一种主要气态有毒污染物。同时，NOx(NO, NO2和 N2O)产生了包括光化学烟雾、酸雨、温室效应等在内的众多问题。因此燃煤电厂排放的汞和 NOx需要综合治理与严格控制。
　　本文中简要介绍汞和 NOx的来源、危害和性质等，以及燃煤烟气中汞和 NOx的污染控制技术及其发展现状，论述了燃煤烟气中同时脱硝脱汞技术的实验研究；分别介绍了 SCR催化剂脱硝脱汞技术的研究现状以及脱除机理。本文提出 ZrO2改性 SCR催化剂同时脱硝脱汞，制备 TiO2-ZrO2复合金属氧化物载体，并以活性组分浸渍，改性的SCR催化剂可以提高烟气同时脱硝脱汞的效率。
　　本研究讨论以共沉淀法利用 ZrO2改性 CuO-CeO2/TiO2催化剂载体来同时脱除燃煤烟气中 Hg0和 NO。以 ZrO2不同添加量制备 CuO-CeO2/TiO2-ZrO2催化剂在100-350℃的温度区间内考察其同时脱硝脱汞效率。分别考察对单独脱硝脱汞影响的模拟烟气组分的变化(Hg0、NH3/NO、GHSV、SO2和 H2O)对同时脱硝脱汞效率的作用。随着 ZrO2的添加该催化剂的物理化学性质和结构特性变化通过基础的表征手段包括 BET, XRD, SEM, XPS, H2-TPR和 FTIR得到了研究。实验结果显示 Zr的改性有利于提高同时脱硝脱汞效率，CuCe/TiZr0.15催化剂具有较高的汞去除效率(72.7％)和 NO去除效率(83.3%)。Hg0作为同时脱除必要烟气组分，对NO去除效率有轻微的抑制作用。除了研究单独的NH3和 NO对汞去除效率的影响，考察发现了 NH3/NO比率对汞去除效率和 NO去除效率产生了显著的影响。6% O2可以为 CuCe/TiZr0.15催化剂的脱硝脱汞提供足够的氧气。适合的空速为催化剂提供足够时间与反应烟气之间相互接触，对同时脱硝脱汞产生显著影响。SO2对 CuCe/TiZr0.15催化剂的汞脱除影响可能取决于 SO2的浓度水平，SO2的存在抑制了催化剂的脱硝活性。H2O的添加因占据了用于汞吸附的活性位而导致了脱汞效率下降，同时抑制了催化剂的脱硝效果的下降，这是由于 H2O和 NH3/NOx之间的竞争吸附。通过表征分析得知催化剂经 ZrO2改性之后催化剂增大了比表面积，形成了钛锆复合氧化物，其锐钛矿晶粒都变小，有利于表面金属氧化物的均匀分布。催化剂的细颗粒较均匀分布于催化剂表面。ZrO2改性后氧化还原能力和表面氧的移动性得到提高，化学氧和晶格氧的总量增大。更多稳定的 L酸在催化剂表面有利于形成配位态NH3。CeO2与CuO之间的存在协同作用Ce3++Cu2+←→Ce4++Cu+有利于Hg0和NO的同时脱除。除此之外，CuCe/TiZr0.15催化剂的 Hg0和NO的同时脱除机理也得到了研究。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.1 燃煤烟气中汞和NOx污染控制技术及发展现状

1.3 SCR催化剂脱硝脱汞技术

1.4课题研究的目的、意义和内容

第2章SCR催化剂制备、实验系统及表征方法

2.1 催化剂的制备

2.2 SCR催化剂脱硝脱汞实验

2.3催化剂的表征

2.4本章小结

第3章 SCR催化剂同时脱硝脱汞性能分析

3.1 SCR催化剂的性能测试

3.2 汞对催化剂脱硝性能的影响

3.3 SCR组分对同时脱硝脱汞的影响

3.4 O2对催化剂同时脱硝脱汞的影响

3.5 GHSV对催化剂同时脱硝脱汞的影响

3.6 SO2和H2O对催化剂同时脱硝脱汞的影响

3.7出口烟气中汞形态分析

3.8 本章小结

第4章 催化剂的表征结果与分析

4.1催化剂的比表面积分析（BET）

4.2催化剂晶体物相结构分析（XRD）

4.3催化剂表面微观形貌分析（SEM）

4.4催化剂的氧化还原性能分析（H2-TPR）

4.5催化剂表面元素分析（XPS）

4.6 傅里叶转换红外光谱分析（FTIR）

4.7 CuCe/TiZr0.15催化剂的同时脱硝脱汞机理

4.8 本章小结

结论与建议

结论

创新点

建议

参考文献

附录A攻读硕士学位期间发表论文情况

附录B攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢