改性层柱粘土对烟气中单质汞脱除机制研究

燃煤烟气汞排放问题引起世界各国的高度重视。除了氧化态汞和颗粒汞外，单质汞是燃煤烟气中汞主要存在形式。单质汞的高挥发和低溶解特性使得传统的污染控制技术对其作用不大，所以研究单质汞的有效控制技术具有特定的科学意义和应用背景。本项目在前期低温SCR催化剂研究和大量国内外文献调研的基础上，提出利用改性层柱粘土在低温烟气（120-200℃）中实现对单质汞的催化氧化耦合吸附的高效脱除技术。本项目拟深入开展下列研究：以Ti、Zr或Ti-Zr对粘土进行柱撑，并分别以过渡金属（Mn、Fe、Ce、V或Cu）、非金属（Br、Cl或S）等对层柱粘土进行改性，研究不同柱撑和改性方法在低温烟气中对单质汞的催化氧化和吸附的机制；研究改性层柱粘土联合脱汞脱硝的特性和影响因素；研究改性层柱粘土的再生特性；研究改性层柱粘土脱汞脱硝的动力学模拟。该研究为合成一种新型高效的烟气单质汞的催化吸附剂提供理论基础和科学依据。

单质汞燃煤烟气中汞的主要形式。本项目提出利用改性层柱粘土在低温烟气（120-200℃）中实现对单质汞的催化氧化耦合吸附的高效脱除技术。项目开展的主要研究内容和结论如下：. 采用KBr和KI改性粘土吸附单质汞的研究，并采用BET、SEM、FTIR等技术手段对改性后的粘土样品进行表征，考察KBr、KI的负载量、吸附温度、烟气组分等对汞的脱除效率的影响。研究表明，改性后的粘土对烟气中单质汞的脱除能力增强了，并且KI-clays的脱汞能力优于KBr-clays，对单质汞的脱除主要是依靠化学吸附。准二级动力学模型符合其动力学过程。揭示了改性粘土吸附剂KI-clays脱汞的作用机制，KI在O2存在的条件下被氧化成I2，然后是I2与汞的反应。. 比较了粘土、钛基层柱粘土和KI改性钛基层柱粘土的比表面积和孔结构。经二氧化钛插层改性后，粘土的比表面积大幅度提升。钛插层让粘土对汞的吸附量由粘土的1.59μg/g上升到了23.18μg/g，而在相同KI负载量下，改性钛基层柱粘土对汞的吸附量也远高于改性粘土。进一步研究了温度、烟气组分等对KI改性的Ti-PLIC脱汞性能的影响，同时进行了动力学分析。. 在钛基柱撑粘土（Ti-PILC）负载铈锰上制得Ce-MnOx/Ti-PILC。采用BET、XRD、XPS等对材料进行表征，并进行单质汞的脱除活性实验。结果表明，6%Ce-6%MnOx/Ti-PILC具有良好的结构特征和脱汞活性；材料对单质汞的脱除是通过吸附和催化氧化实现的；催化氧化过程遵从Mars-Maessen机制。研究表明，当反应温度较低时，铈锰负载钛基柱撑粘土对烟气中单质汞的脱除主要依靠物理吸附作用；随着反应温度的升高，催化剂对汞的催化氧化能力增强。.Ce-Mn改性的钛基柱撑粘土同步脱硝和氧化单质汞的实验表明，Mn(6%)Ce(6%)/Ti-PILC的脱硝效率明显优于其他催化剂，而催化剂的脱汞效率却与催化剂Mn/Ce不同而不同。不同Mn/Ce配比对催化剂的联合脱硝与汞氧化影响极大。. 该项目共发表学术论文40篇，均标注基金号，其中被SCI检索文章28篇，被EI检索文章39篇。授权发明专利1项。该项目培养博士研究生8名，硕士研究生14名。. 该项目研究获得的结论具有重要的科学意义和应用背景。