Mo-Mn/TiO2催化剂的协同脱硝脱汞特性

采用浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂催化剂,研究了反应温度、HCl和SO₂对其模拟烟气协同脱硝脱汞活性的影响.研究表明,过高的反应温度不利于汞的脱除过程,过低的温度则抑制脱硝反应的顺利进行,但在200℃时可兼具最优的脱硝和脱汞效率;HCl的加入促进汞的高效氧化,却明显降低催化剂对NO的转化;而烟气中SO₂的存在对催化剂的脱硝和脱汞过程均起到抑制作用.利用XRD、H₂-TPR和XPS等表征手段对硫中毒反应前后的催化剂进行了研究.结果表明,硫酸盐在催化剂表面的不断沉积和活性组分Mn⁴⁺及化学吸附氧O_α的消耗乃是致使催化剂失活的主要原因;另外,SO₂与NH₃和Hg⁰对催化剂表面活性位点的竞争吸附,也严重抑制催化剂的脱硝和脱汞反应.Mo-Mn/TiO₂的脱硝过程是通过Mn价态之间的相互转化来完成的,其中元素Mo和O₂是其转化得以实现的助剂;Mo-Mn/TiO₂对汞的脱除以催化氧化为主,金属氧化物中的晶格氧将Hg⁰转化为HgO而被脱除.     

FeCl3改性钢渣脱除燃煤烟气中Hg0的研究

以钢铁厂废弃钢渣为原料,以丙酮溶液为分散剂制备FeCl₃改性材料,在固定床吸附评价装置上考察了钢渣在FeCl₃改性前后对模拟烟气中Hg脱除效果的影响,并结合吸附试验与微观表征对改性催化剂的脱汞性能进行分析.结果表明:氯是FeCl₃改性钢渣吸附剂的主要活性组分,FeCl₃的掺入使钢渣的比表面积由1.06 m2/g提高到1.32 m2/g,进而提高吸附剂的汞吸附容量,经FeCl₃改性后废弃钢渣对汞的脱除效率比未改性前提升了3.2倍.SO₂的存在降低了FeCl₃改性钢渣材料的脱汞性能,持续通入的SO₂与吸附剂接触占据了部分孔道和表面活性位点,使得对单质汞的吸附效率下降,200℃时含有SO₂时的FeCl₃改性钢渣吸附剂吸附量比未通入SO₂气体的改性材料降低了75.57%;在含有HCl气体的烟气体系中,FeCl₃改性钢渣材料对汞的脱除效率从3432.70 ng/g升至10341.10 ng/g,并且随着反应温度的升高零价汞向氧化态汞转化的效率增加.研究显示,SO₂的存在降低了FeCl₃改性钢渣吸附剂的脱汞性能,而HCl气体有效地促进了FeCl₃改性钢渣吸附剂对零价汞（Hg0）的脱除.      

Na2SO4中毒SCR催化剂对SO3生成特性的影响

为研究Na₂SO₄中毒SCR催化剂（V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂）对SO₃生成特性的影响,采用湿式浸渍法制备w（Na）为3%的Na₂SO₄中毒SCR催化剂,并通过N₂物理吸附/脱附、XRD（X射线衍射）技术、SEM（扫描电镜）、XPS（X射线光电子能谱）分析技术对催化剂的物理化学特性进行表征.结果表明:①随着反应温度的升高,所有催化剂上的SO₃生成率逐渐增加.当温度升至490℃时,SCR催化剂上的SO₃生成率为0.85%,而3% Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率高达1.36%.SO₄2-的存在导致V-O-S增多,从而促进SO₃的生成.②随入口ρ（SO₂）的增加,SO₃生成率呈下降的趋势.当入口ρ（SO₂）为1 000 mg/m3时,3% Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率为1.02%,而SCR催化剂上仅为0.60%.ρ（SO₂）对SO₃生成率的影响主要依赖于温度和催化剂活性位点数等.③N₂物理吸附/脱附、XRD和SEM表征结果表明,与SCR催化剂相比,Na₂SO₄中毒SCR催化剂表面有Na₂SO₄的积聚,出现了裂纹和大孔隙,催化剂的比表面积和孔容下降,这些变化均不利于催化剂的催化性能;XPS结果表明,Na₂SO₄的加入提高了表面化学吸附氧含量,降低了活性组分中w（V4+）/w（V5+）的值.研究显示,相比于SCR催化剂,Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率大幅增加.      

VPO/TiO2催化剂表面酸性位调控及低温NH3-SCR脱硝性能研究

采用HCl调控负载型钒磷氧(VPO/TiO₂)催化剂的表面酸性,用于研究VPO/TiO₂催化剂的NH₃-SCR脱硝性能.结果表明:在HCl/V物质的量比为3～5:1范围内,催化剂的脱硝活性最高,当反应温度达到200℃时脱硝效率接近100%.表征结果表明:HCl的添加能提高催化剂的结晶度,HCl的调控使得VPO/TiO₂催化剂的比表面积略有增加.同时,也使得VPO/TiO₂催化剂中活性组分V⁴⁺的量从38%逐渐升高至46%,提高了催化剂的氧化还原性能.此外,不同HCl/V物质的量比的催化剂中化学吸附氧的相对含量随着HCl加入量的增加而提高.吡啶红外测试结果显示:HCl能影响催化剂酸性位点,HCl/V物质的量比=5的催化剂Lewis酸含量最高,总酸量为0.84×10^-4mol/g.数据拟合进一步表明,所有VPO/TiO₂催化剂的低温脱硝活性均与弱Lewis酸量呈正相关(相关系数>0.9),与活性测试相吻合.     

Ce-Mn/TiO2吸附剂的脱汞性能及抗SO2特性

采用浸渍法制备Mn/TiO₂（MT）、Ce/TiO₂（CT）和Ce-Mn/TiO₂（CMT）脱汞吸附剂,在固定床脱汞实验台上研究吸附剂的脱汞性能.结果表明,吸附温度为100~200℃时,3种吸附剂的脱汞性能均随温度的升高而增强;而在200~300℃范围内,脱汞效率均出现不同程度的降低.MT、CT及CMT吸附剂的脱汞效率在200℃时达到最高,分别为91%、58%和95%.MT和CT吸附剂的抗SO₂性能较弱,在N₂+6% O₂+1000×10^-6SO₂烟气条件下,30min内脱汞效率均下降到50%,而CMT吸附剂在2h内仍能保持80%以上的脱汞效率,表明在MT中掺杂Ce不仅可以提高吸附剂的脱汞性能,还可以增强抗SO₂性能.利用N₂吸附/脱附、X射线衍射（XRD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）和X射线光电子能谱（XPS）等方法对吸附剂的物理化学性质进行表征,并对吸附产物进行热重分析（TG）和程序升温脱附实验（TPD）,阐明了CMT脱汞吸附剂的抗SO₂特性机理.Ce的掺杂,提高了活性组分在吸附剂表面的分散度及Mn⁴⁺的比例;相比于MnO₂,CeO₂可优先与SO₂反应,抑制了SO₂对Mn⁴⁺的毒害作用,从而提高了抗硫性能.     

商用V/W/Ti系脱硝催化剂表面SO3生成的反应机理

基于燃煤烟气SO₃生成与排放给电厂运行及大气环境带来的严重影响,研究了一种在役典型商用蜂窝型V/W/Ti系脱硝催化剂表面的SO₃生成反应动力学及反应机理.结果表明,反应温度与SO₂浓度是影响催化剂表面SO₃生成的关键因素.在SO₂浓度为400×10^-6时,当反应温度从300℃升至360℃,SO₂-SO₃转化率从0.2%提高至0.65%,温度达到400℃后,催化剂表面V₂O₅活性增加更为显著,SO₂-SO₃转化率从0.65%增2.3%,SO₃生成反应的表观速率常数增加近3倍.SO₃在催化剂表面的生成路径为：SO₂与V⁵⁺-OH反应生成中间产物VOSO₄与HSO₄^-,随后进一步反应生成SO₃.SO₂主要通过其在催化剂表面的吸附、转化过程影响SO₃的生成,其本征动力学反应级数为0.52.O₂的本征动力学反应级数为0,SO₃生成反应可以在无O₂条件下进行,O₂存在会促进反应进行,但不会改变反应路径.     

Ce改性钒磷氧催化剂的制备及其脱硝性能研究

采用Ce调控负载型钒磷氧（VPO/TiO₂）催化剂的表面酸性并与之形成密切相关的微观结构,研究催化剂VPO-Ce/TiO₂的脱硝性能.结果表明,当P/V为1/3、Ce/V为1/4、活性组分负载量10%、催化剂焙烧温度为400℃时,催化剂的脱硝活性最好,反应温度250~350℃范围内的脱硝率高于96.0%.BET测试结果表明,催化剂0.1VP（0.33）O-Ce（0.25）/TiO₂的比表面积为10.74m²/g,较0.1VP（0.33）O/TiO₂提高了约58.6%.0.1VP（0.33）O/TiO₂表面化学吸附氧（O_α）和晶格氧（O_β）的比例O_α/O_β为72%,掺杂Ce后O_α/O_β升高至85%,Ce掺杂还能促进相邻V⁵⁺和V⁴⁺的形成,提高催化剂的氧化还原性能.Ce掺杂对催化剂的表面酸性影响较大,当Ce/V为1/4时催化剂表面Brønsted酸最强,这与活性测试相吻合.控制烟气中SO₂和水蒸气的体积浓度分别为200×10^-6和4vol.%,催化剂的脱硝活性在150~300℃温度范围内最高下降约15.8%,当温度高于300℃时催化剂的脱硝活性几乎不下降,且反应后的催化剂表面无硫酸根生成,催化剂呈现出较强的抗SO₂和水蒸汽的性能.     

低温等离子强化复合钙基吸附剂脱汞实验研究

在固定床吸附实验台上对低温等离子改性前后的复合钙基吸附剂进行脱汞实验,深入探究SO₂和O₂对具有较高孔隙率和比表面积的复合钙基吸附剂脱汞性能的影响.并通过多种表征手段和方法分析复合钙基吸附剂对Hg⁰的吸附机理.实验结果表明,由于等离子改性提高了吸附剂表面的含氧官能团的相对含量,经等离子改性的复合钙基吸附剂的脱汞效率有明显提高.在N₂+0.07% SO₂+6% O₂气氛下,吸附剂脱汞效率相比于无氧气氛由23.7%增至91.2%,吸附剂脱汞效率明显提高.此时吸附剂表面的羟基、酯基官能团作为主要反应活性位点,而羰基官能团的作用不明显.O₂的存在促使活性炭表面由碳原子不饱和键形成的活性位增加,促进了Hg⁰的吸附,同时生成多种汞化合物.随着SO₂浓度升至0.15%,改性复合钙基吸附剂表面活性位再次出现不足,此时SO₂抢夺Hg⁰的吸附位点,脱汞效率降至23.3%.     

水泥熟料对模拟烟气中SO2和HCl的脱除特性

干法水泥窑协同处置城市生活垃圾,因其具有反应温度高、改造成本低、综合处理效果好、无二次污染等优势,得到世界各国普遍重视。利用固定床吸附实验装置,在700~1000℃温度下研究了水泥熟料对模拟烟气SO₂和HCl脱除特性影响,结合吸附剂及其吸附产物的理化特性初步分析了SO₂和HCl脱除机制。结果表明:1)在700~1000℃下,SO₂和HCl单独存在时,水泥熟料对SO₂脱除效率随着温度升高迅速提高,其最大SO₂单位吸附量可达到4.9 mg/g,与此相反,水泥熟料对HCl脱除效率则随着温度的升高而不断降低,当温度由700℃升高到1000℃时,HCl单位吸附量由8.40 mg/g降低至4.8 mg/g; SO₂或HCl的初始吸附速率由其组分浓度决定,熟料对HCl的吸附速率显著高于其对SO₂吸附速率。2)SO₂和HCl同时存在时,在相同吸附温度下,水泥熟料脱除HCl性能稍有降低,但总体影响不大;与此同时,HCl能够显著增强水泥熟料对SO₂的脱除能力和吸附反应速率,700,1000℃下,SO₂单位吸附量由1.8,4.9 mg/g分别提高到4.5,7.8 mg/g。水泥熟料及反应产物中Cl-迁移性是造成上述结果的主要原因。该研究结果为利用干法水泥熟料吸附城市生活垃圾焚烧烟气新协同处置工艺的工业应用提供了参考。     

燃煤烟气污染物控制装置协同脱汞特性研究

采用Ontario Hydro方法对某100MW燃煤机组进行了烟气汞取样测试,获得了选择性催化还原（SCR）脱硝装置、静电除尘器（ESP）和湿法烟气脱硫装置（WFGD）对烟气汞形态转化和脱除特性规律.借助程序升温脱附（TPD）、扫描电子显微镜分析（SEM）和X射线荧光光谱分析（XRF）等方法探究了飞灰对汞的吸附特性及吸附后汞的热稳定性.结果表明,在75% MCR和85% MCR不同的机组负荷下,SCR+ESP+WFGD对烟气总汞（Hg^T）的联合脱除率分别为92.83%、81.66%.SCR对元素汞（Hg⁰）的氧化率与燃煤氯（Cl）含量正相关,Cl含量为500mg/kg时,氧化率高达96.18%.ESP在完全脱除颗粒汞（Hg^P）的同时对Hg⁰和氧化态汞（Hg²⁺）的平均脱除率分别为12.73%和27.79%,ESP飞灰中的未燃尽炭和金属氧化物（Al₂O₃、Fe₂O₃）是吸附气态汞的关键组分,汞在飞灰表面主要以HgCl₂、HgS（红色）和HgO的形态存在,高于190℃时会分解再释放.WFGD对Hg²⁺的平均脱除率为91.10%,并能将部分Hg²⁺还原成Hg⁰,存在明显的汞二次释放问题.     

具有球形催化界面的MnCeOx/P84催化滤布的NOx脱除性能

催化滤布可同时去除烟气中的粉尘颗粒和NO_x,满足水泥等行业NO_x脱除的迫切需求。而催化滤布中催化界面的形貌会显著影响其脱硝性能。制备了具有球形催化界面的MnCeO_x/P84催化滤布(α-MnCeO_x/P84),并考察其NO_x脱除性能。结果表明:当MnCeO_x负载量为60 g/m2时,α-MnCeO_x/P84在130 ℃时NO_x脱除率为86.9%,160~190 ℃时NO_x脱除率>97%。同时,α-MnCeO_x/P84具有较好的抗SO₂性能和稳定性,通入体积分数为0.003%的SO₂后,在190 ℃下,其NO_x脱除率达到83%左右;停止通入SO₂后,α-MnCeO_x/P84的NO_x脱除率上升并稳定在93%左右。且经过200 h的脱硝反应测试后,α-MnCeO_x/P84的脱硝活性与催化剂负载量未下降。表征分析结果表明,α-MnCeO_x/P84中球形MnCeO_x活性组分以弱结晶形式存在,紧密地包裹在滤料纤维表面,且分散均匀;中孔是MnCeO_x催化剂的主要孔结构,能够为催化反应的进行提供通道。H₂-TPR与Insitu DRIFTS分析进一步表明,α-MnCeO_x/P84在100~200 ℃有良好的氧化还原能力,且具有丰富的Lewis和Brnsted酸位,为其优越的低温NH₃-SCR脱硝性能提供了重要保障。具有球形催化界面的MnCeO_x/P84催化滤布具有低负载量、高稳定性的特点,为滤料除尘脱硝技术的推广应用提供参考。     

干湿法结合工艺回收废弃SCR脱硝催化剂中的钛、钒和钨

利用干湿法结合工艺实现废弃SCR脱硝催化剂中Ti、V和W元素的高效分离和浸出,提出成套废弃SCR脱硝催化剂中Ti、V和W的回收技术。以废弃SCR脱硝催化剂为研究对象,优选Ti、V和W元素最佳浸出工况,研究硫酸溶解法回收TiO₂和有机萃取法回收V₂O₅和WO₃的回收率与纯度。结果表明:酸浸还原浸钒最优工艺条件为温度140℃,液固比30∶1;钠化焙烧浸钨最优工艺条件为煅烧温度750℃,反应物与Na₂CO₃配比（质量比）为1∶1.5,在以上条件下V、W浸出率分别达到97.6%、93.6%。利用硫酸溶解法回收得到的TiO₂产物主要以锐钛矿晶型存在形式,在最佳焙烧温度750℃下,TiO₂回收率达到97.17%,纯度为95.35%。利用有机萃取法回收得到的V₂O₅和WO₃产物的回收率和纯度分别为72.47%、75.43%和93.25%、78.26%。     

CuO-WO3/TiO2催化剂制备方法对NH3-SCR脱硝性能的影响

分别采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂(x,y分别代表样品中ω(CuO)和ω(WO₃)),并在微型固定床反应器中对制备的xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂进行选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)性能评价。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂具有较好的脱硝性能,在250~350 ℃,NO_x转化率达到90%以上,相较于浸渍法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂活性明显提高。并采用BET、XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD和XPS等表征手段对制备的催化剂进一步表征分析,结果表明:通过溶胶-凝胶法制备2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂的比表面积和表面化学吸附氧明显提高,且还原能力和酸性增强,对NH₃的吸附能力亦有所提高,因此溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂表现出较好的NH₃-SCR脱硝性能。