[发明专利]一种脱汞协同脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种燃煤烟气脱汞协同脱硝催化剂及其制备方法，主要是采用将铁盐、锰盐和铈盐按照一定比例负载到氧化石墨烯上，然后用水热法合成、过滤、干燥、氮气气氛下灼烧而获得，其中铁元素、锰元素和铈元素的总负载量为82‑91.3wt％。本发明催化剂是一种高效、经济的脱汞脱硝催化剂，具体表现在:(1)原料易获得，价格比较廉价。（2）催化剂成本较低，无二次污染。（3）催化剂在较长时间内能稳定维持较高脱汞协同脱硝活性。（4）催化剂在温度窗口100‑300℃温度范围内下具有良好的脱汞脱硝性能并且有较好的抗水抗硫性能，并且在170℃脱汞协同脱硝性能为最优值，该催化剂可大大降低运行成本。

技术领域

本发明涉及煤电厂烟气脱汞、脱硝领域，具体涉及一种由铈盐、锰盐和铁盐负载石墨烯制备的烟气脱汞协同脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

煤炭是我国储量最丰富的化石能源，因此煤炭的生产总量长期以来占据我国一次能源生产总量的70％以上。并且在相当长的一段时间内，以煤为主要消费对象的能源消费状况难以改变。煤燃烧过程中产生的重金属元素，其中汞是危害极大的重金属元素之一。汞是唯一种常温下气态存在的金属单质，并且在生物体内和食物链中具有永久累积性的有毒物质，对婴幼儿的神经发育影响很大，也是全球性循环重金属,会对人类生态环境产生一定影响。

我国能源以煤炭为主，煤炭的平均汞含量为0.22mg/kg。由于我国对燃煤电厂烟气中汞含量控制尚处于起步阶段,因此燃煤电厂的汞污染尤为严重。重金属污染综合防治“十二五”规划明确要求到年汞等重金属排放比年削减。火电厂大气污染物排放标准要求燃煤锅炉从2015年1月1日起将汞及其化合物排放量控制在0.03mg/kg以下。因此，开展汞排放控制技术研究对于改善我国环境质量具有重要意义。氮氧化物也是烟气中主要污染物之一，是光化学烟雾、以及酸雨形成的重要因素。因此，促进协同脱硝脱汞高效进行，探索有效脱除催化剂是现在大气污染控制的研究的热点，目前对于NO和Hg⁰的协同脱除的研究主要集中在改进型商业SCR催化剂方面，但是存在很多不利因素。

钒基商业选择性催化还原(SCR)催化剂具备催化氧化Hg⁰的能力，但活性温度高(300℃以上)，一般布置于除尘器之前的高灰环境中，而飞灰会导致催化剂失活，对HCl依赖性强、抗硫抗水性差并且V₂O₅对环境有二次污染等缺点。对于常用的活性炭吸附剂，主要弊端是成本高，容易产生二次污染，对于其他专利中提到的锰基和铁基催化剂虽然具有较宽的温度窗口但是对工作环境比较苛刻，没有好的抗水、抗硫性能，又专利报道用硅藻土对氮氧化物以及汞的脱除，但是硅藻土需要多次改性，自然就增加了成本。

专利《一种同步脱硝脱汞催化剂及其制备方法》，申请号：201510168052.4，其反应温度为300℃，汞的脱除效率为90％，一氧化氮的氧化率为70％，其反应温度与一氧化氮的氧化率并不理想。

专利《一种烟气脱汞催化剂及其制备方法》，申请号：201210179807.7，该催化剂为锰盐和铁盐负载改性的粉煤灰，可应用于脱除燃煤烟气中Hg⁰，但是其催化剂表面形成的HgO在300℃能稳定吸附在催化剂表面，温度较低时(例如低于200℃)无法进行良好的脱汞。

专利《一种低温高效抗硫抗水协同脱硝脱汞催化剂的制备方法》，申请号：201610857931.2，该催化剂具有良好的脱硫脱硝性能，并且具有良好的抗硫抗水性能，但是脱硫脱汞效果达到90％以上时，其最优温度在240℃。

唐念等人以TiO₂为载体制备了Mn-Nb复合催化剂，其研究了反应温度、HCl浓度对零价汞催化脱除效果的影响，并且研究了催化剂的抗硫特性。研究表明，Mn-Nb复合催化剂最佳活性温度为300～350℃。

然而上述催化剂仍然无法满足低温下具有较高的脱汞脱硝性能，故亟需进一步研究新型的脱汞协同脱硝催化剂及其制备方法。

发明内容