[发明专利]一种钴硫化物/生物质炭复合材料及其制备方法和作为单质汞氧化催化剂应用

说明书

本发明公开了一种钴硫化物/生物质炭复合材料及其制备方法和作为单质汞氧化催化剂应用，该复合材料由钴硫化物负载在生物质炭上构成。其制备过程：将钴盐溶液与硫脲混合反应，得到钴配合物溶液；将生物质原料置于钴配合物溶液中浸渍处理后，干燥，得到前驱体材料；将前驱体材料置于保护气氛下进行热处理，即得。钴硫化物/生物质炭复合材料在温和条件下表现出较高的单质汞氧化催化活性，特别适合用于烟气中单质汞的脱除，可以在SO₂存在时实现无氯条件下单质汞的高效氧化转化，转化率可达100％，解决了传统脱汞催化剂在高浓度SO₂条件下失活和需要较高浓度HCl才能实现单质汞到二价汞的高效转化的问题。

技术领域

本发明涉及一种催化材料，具体涉及一种用于单质汞催化氧化的钴硫化物/生物质炭复合催化材料，还涉及钴硫化物/生物质炭复合材料的制备方法，以及钴硫化物/生物质炭复合材料在单质汞氧化催化方面的应用，属于汞污染排放控制领域。

背景技术

汞是具有持久性、累积性、易迁移性和高度生物富集的有毒重金属，已经被列为除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的污染物。2013年1月19日，联合国环境规划署为了控制全球汞污染问题制定了《水俣公约》，要求包括我国在内的147个成员国在减少汞排放上共同采取行动。2016年4月，我国通过了关于批准《关于汞的水俣公约》的决定，并于同年8月正式批约，由此，我国将全面开展汞污染防治履约工作。公约在2017年8月16日正式生效。

含汞烟气中，存在三种不同形态的汞，不同的化学性质，去除难易程度也不同：颗粒态汞Hg(p)和氧化态汞(Hg²⁺)性质稳定可被现有的除尘设备大量捕集，而单质汞(Hg⁰) 惰性高，大部分难以捕集从而排入大气中。提高单质汞向其他形态汞的转化率是目前研究的主要方向，开发烟气汞排放控制技术的重要原则是利用现有的烟气污染控制装置同步脱汞，因此其核心是单质汞的催化氧化，即在烟气除尘装置之后采用催化剂催化氧化。提高单质汞氧化生成二价汞的速率，使其在烟气洗涤装置或脱硫装置中脱除。

有色冶炼汞排放是仅次于燃煤的第二大汞排放源，有色冶炼烟气与其他烟气(如燃煤烟气)相比，具有SO₂和单质汞浓度高的特征，SO₂易导致催化剂中毒失去活性。此外，单质汞的催化氧化通常需要HCl介导，但有色冶炼烟气中HCl含量极低。由此可见，传统催化剂难以直接应用于有色冶炼烟气脱汞过程中，开发一种环保、高效、廉价、抗硫性高和 HCl依赖性低的复合金属催化剂迫在眉睫。

Co₉S₈由于其复杂的结构和特性，已经引起了人们的关注。目前，Co₉S₈主要作为一种重要的氢化脱硫催化剂和磁性材料等。而Co₉S₈的复合材料多作为电极材料用于电催化领域等，如中国专利(CN104229731A)公开了一种Co9S8/石墨烯复合储氢材料及其制备方法，储氢材料最大储氢容量可达3.73wt％，将Co9S8/石墨烯复合储氢材料制备成电池，在循环20 次后，储氢能力仍保持在88％以上，在1000mA/g的放电电流密度条件下，其放电能力仍保持在80％以上。但是，目前还没有将其作为催化氧化脱汞催化剂使用的相关报道。

目前，Co₉S₈通常采用固相反应法合成，例如，在硅石管中，按化学计量比混合固体的单质硫和单质钴，在高温时可以合成Co₉S₈化合物。近几年也有文献报道水热法低温合成纳米Co₉S₈多晶。还有采用高能球磨方法来制备Co₉S₈，如钴粉与硫粉高能球磨后得到Co₉S₈粉末。但现有技术还未见以钴盐和硫脲为原料制备Co₉S₈的相关报道。

发明内容