[发明专利]贵金属改性一维结构二氧化钛的脱汞催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，具体涉及一种用于光催化氧化-吸附脱除烟气单质汞的贵金属单质改性一维结构TiO₂光催化剂及其制备方法，该催化剂适用于燃煤、燃油锅炉和工业炉窑烟气零价汞的治理。

背景技术

汞由于其剧毒性、生物积累性、持久性，在生态系统循环过程中，给生态环境及人类健康造成极大危害。汞主要以气态单质汞(Hg⁰)、气态二价汞(Hg²⁺)及颗粒态汞(Hg^P，指附着在颗粒物上的汞)三种形态存在。其中零价汞排放后可在大气中长期稳定存在，极易造成全球性的汞污染。虽然现有大气污染控制设备都具有一定程度的汞污染物脱除效果，但对不同形态汞的控制适应面较窄，难以实现单质汞的有效控制。而目前应用最广的吸附脱汞法不论是固定床反应器还是喷射法都需要消耗大量吸附剂，成本高，并且喷射法还会给除尘器带来极大处理压力，影响其性能。最新的研究结果表明，将烟气中的单质汞转化为易溶于水的二价汞，是治理单质汞的有效途径，其中借助于适当的氧化剂或催化剂将单质汞氧化的方法逐渐成为技术发展趋势。

光催化氧化技术与传统的化学氧化技术以及其他催化氧化技术相比，具有如下优点：反应在常温常压下进行，反应条件温和；不需要添加剂，投资和运行费用低。光催化氧化脱除烟气中单质汞主要利用光催化剂表面的自由基对烟气中单质汞的进行氧化捕获。在通常条件下，单质汞几乎不能被TiO₂类无机材料吸附。只有在接受紫外光照射后，TiO₂表面产生的自由基才能将烟气中单质汞氧化为二价态的HgO。而生成的HgO沉积到催化剂上可改变催化剂的形态结构，减小吸附接触角，增大催化剂表面积和孔容，使得其形态结构更加开放，从而极大的提高对烟气中零价汞的捕集能力；吸附在催化剂表面的零价汞能使氧化反应更加高效的进行，如此循环氧化吸附实现单质汞的高效、经济脱除。

作为二代光催化剂的开发重点，一维(1D)钛酸盐(或二氧化钛)纳米材料，如纳米管、纳米线、纳米棒以及纳米带等在太阳能转化、环境污染物降解、作为催化剂载体以及传感器等方面的应用受到广泛关注。TiO₂在高温水热条件下，可以与NaOH反应生成层状钛酸盐，得到的层状钛酸盐可以与水发生离子交换反应，反应过程中的应力变化会导致层状结构卷曲为管状纳米结构，从而得到二氧化钛纳米管。二氧化钛纳米管具有丰富的孔容和大比表面积(400m²/g)，非常有利于汞化合物的吸附，同时该材料还具有优异的光催化活性，是一种潜在的光催化-吸附脱除烟气零价汞的催化材料。同时贵金属金、银、铂、钯等的单质颗粒与零价汞具有特殊的亲和效应，可以在颗粒表面吸附大量的零价汞。基于上述两个特性，贵金属单质改性的一维结构TiO₂催化剂具有极强的烟气零价汞脱除能力。