[发明专利]一种以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开一种以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂及其制备方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

汞具有高挥发性，高毒性，高腐蚀性及生物积累性，且广泛存在于天然气，燃煤烟气，工业废气中。燃煤过程汞排放是汞排放是人为大气汞污染的主要来源，大约占汞排放的30%。若在工业生产中处理不当，会对生态环境造成难以估量的伤害。燃煤烟气中汞的存在形态有3种：单质汞（Hg⁰）,氧化态汞（Hg²⁺）和颗粒态汞(Hg^p)。Hg²⁺易溶于水，较易于脱除。Hg^p可被除尘设备除去。Hg⁰具有极高的挥发性和极低的水溶性，难以通过现有的污染物控制装置脱除。

目前，针对烟气中单质汞的脱除技术方法主要有物理吸附法，催化氧化法等。其中吸附法中应用最广泛的为活性炭吸附，但此种方法吸附效率低，并不能完全将工业废气中的单质汞与氧化态汞完全吸收。而现今，催化氧化法作为一种有效的脱除单质汞的方法受到了广泛关注。催化氧化法催化剂主要包括金属及金属氧化物催化剂。研究认为，催化剂表面的晶格氧以及化学吸附态氧是氧化单质汞的重要活性物质，单质汞能被晶格氧和化学吸附态氧氧化为氧化汞并且吸附在催化剂表面。而金属有机框架作为一种新型材料，具有高比表面积，形态多样可塑，中心原子多变，孔道可调的特点，很大程度上提高了催化剂的选择性，经我们加以利用改进后可制成新型的SCR催化剂，具有难以估量的研究前景。

中国专利申请CN106311279公开了一种铁基脱汞剂及其制备方法，该催化剂产品强度高，并具有脱汞精度，但脱附原理是把汞氧化生成HgS，没有利用气体中的氧把Hg⁰氧化成HgO，汞容并不高。中国专利申请CN106268788A公开了一种用于烟气中单质汞催化氧化的催化剂及其制备方法，该方法模拟烟气中的汞浓度大，净化效率高，但催化剂制作周期长，不利于工业运用。中国专利申请CN105289278A公开一种通过改进烟气SCR脱硝处理系统氧化单质汞的方法，该方法可同时脱除硝汞，但其反应温度高，操作环境不安全，脱汞效率低。

发明内容

针对现有脱汞催化剂存在的问题，提供一种以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）将均苯三甲酸溶解于有机溶剂中得到混合溶液A，其中有机溶剂为乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的混合有机溶剂；

（2）将过渡金属盐溶解于去离子水中得到过渡金属盐溶液B，其中过渡金属盐为铜盐、铬盐、铁盐或锌盐；

（3）将活性组分、助载体盐溶解于去离子水中得到活性组分水溶液C；

（4）在温度为30~60℃、搅拌条件下，将步骤（2）所得混合溶液B加入到过渡金属盐溶液C中混合均匀，通入氮气，然后在超声波条件下反应1~3h；

（5）将步骤（3）所得活性组分水溶液C加入到步骤（4）所得反应溶液中，加热至120~150℃并恒温反应12~36h，冷却；

（6）步骤（5）所得反应产物经过滤、洗涤、干燥、研磨、压片、过筛即得以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂；

所述步骤（1）有机溶剂中乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:(1~4)，混合溶液A中均苯三甲酸的浓度为0.05 ~0.3mol/L；

所述步骤（2）过渡金属盐溶液B中过渡金属盐的浓度为0.05~0.3 mol/L；

所述步骤（3）活性组分水溶液C中活性组分的浓度为0.05~0.3mol/L，活性组分为锰盐、铁盐、锌盐、钴、镍的一种或多种，助载体盐为铈盐或镧盐，活性组分水溶液C中助载体盐的浓度为0~0.1mol/L；

所述步骤（4）中混合溶液B与过渡金属盐溶液C的体积比为1:(0.5~3)，超声波的方式为间歇式超声，频率为超声1~2s，停止2~3s；

所述步骤（5）中活性组分水溶液C与混合溶液A的体积比为(1~4):1；

本发明方法制备的以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂的载体为以铜、锌、铁等过渡金属为中心原子的金属有机框架体，具有超高的比表面积以及多变的中心原子与可塑结构，使其具有较高的脱汞效率；

本发明的有益效果是：

（1）本发明方法制备的以金属有机框架体为载体的脱汞催化剂的载体，具有超高的比表面积，因金属有机框架具有多变的中心原子与可塑结构的特性，使其具有较高的脱汞效率；