[发明专利]用于烟气中单质汞氧化凹凸棒土载体催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以改性凹凸棒土为载体的单质汞(HgO)氧化的催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术和环保催化材料领域。

背景技术

汞是一种有毒的痕量重金属元素，其内聚力很强，在空气中稳定，经过长期的积累聚集，会对环境造成污染，对生物和人体产生毒性作用。煤炭中含有微量汞，由于全球每年燃煤量巨大，燃煤过程的汞排放成为汞污染的主要来源。燃煤烟气中，汞主要以三种形态存在：单质态汞(Hg⁰)、氧化态汞(Hg²⁺)、颗粒态汞(Hg^p)。其中，Hg²⁺和Hg^p所占比例小，且易被脱硫装置和除尘装置吸收，而Hg⁰由于其高挥发性且难溶于水，因此，燃煤烟气脱汞的关键在于Hg⁰的脱除。

对于Hg⁰的移除，有效的方法是实现Hg⁰向Hg²⁺的高效转化，再利用现有设备进行脱除。因而，催化Hg⁰向Hg²⁺高效转化的催化剂成为Hg⁰脱除的难点和关键。目前Hg⁰氧化的催化剂研究取得了一些进展，现已证实选择性催化还原(Selective catalytic reduction，SCR)催化剂对Hg⁰向Hg²⁺转化具有明显的促进作用，研究发现，SCR催化剂能够催化燃煤烟气中的Hg⁰使其氧化，生成易溶于水且易附着于颗粒物上的可以被常规污染物控制设备除去的Hg²⁺。

商业SCR催化剂多位钒系催化剂，如V₂O₅/TiO₂或V₂O₅-WO₃/TiO₂等。SCR最常用的载体是TiO₂和活性炭。但TiO₂比表面积较低，活性炭价格昂贵，因此选用新型有效的催化剂载体成为SCR催化剂研究热点之一。公开号为CN101528343名称为“金属汞的氧化催化剂”的发明专利提出钼和钒复合型氧化催化剂(MoV₂O₈)，在不增加催化剂用量的情况下有优良的单质汞转化效率，然而钼、钒氧化物是高毒性、高污染性的重金属氧化物，因此难以推广与实际应用；公开号为CN1698931名称为“催化氧化烟气脱汞方法”的发明专利提出一种烟气汞的催化氧化方法，利用Fe、Co、Ni、Cu、Mn等过渡金属的氧化物作为活性组分催化氧化单质汞，但是，该专利提出的催化剂的使用操作温度一般在200℃以上才发挥较好的催化吸附作用，而常规脱硫除尘后烟气的温度一般低于160℃，如果要发挥该催化剂对单质汞的催化氧化性能，必须对烟气进行重复加热，这将大大增加系统能耗和操作费用。此外，US2003170159、WO2006009079等专利对部分贵金属或过渡金属氧化物催化剂的汞氧化性能进行了报道，但这些专利对催化剂的载体、低温催化性能关注很少。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种以改性凹凸棒土为载体，金属元素掺杂的低温烟气单质汞氧化催化剂，该催化剂具有低温适应性好，制备方法简单，成本相对低廉等特点。

本发明的另一个目的是提供一种以改性凹凸棒土为载体，金属元素掺杂的低温烟气单质汞氧化催化剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明是通过下述方式实现的：

一种以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂，以改性的凹凸棒土为载体，经掺杂Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V的一种或几种金属元素的氧化物活性组分后，获得以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。

一种制备以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂的方法，首先通过离子交换法，制得过渡金属(Fe、Zn、Cu、Mn、Ce中的一种)改性的凹凸棒土，以此作为催化剂载体。再采用溶胶-凝胶法，掺杂一定量的Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V的一种或几种金属元素的氧化物活性组分，获得改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。其中，金属氧化物占催化剂总质量的百分比为10～30％。