[发明专利]一种在木材碳上原位生长Co3

说明书

本发明属于燃煤烟气脱汞技术领域，一种在木材碳上原位生长Co₃O₄纳米颗粒的催化剂及其制备方法，步骤如下：木材预处理；将预处理的木材与前驱体溶液、尿素溶液和氟化铵溶液搅拌混合，进行水热反应，干燥后在氮气中煅烧得到Co₃O₄‑WC催化剂。生长于木材碳孔道表面的Co₃O₄纳米颗粒大大提高了材料的利用率，利用木材碳本身所拥有的3D有序联通孔道降低反应的传质阻力，粒径均一高度分散的Co₃O₄纳米颗粒提高了催化剂活性位点的暴露程度。本发明的制备方法较好的解决了传统负载纳米颗粒催化剂材料利用率低，传质阻力大，纳米颗粒生长不均匀，不均一，分散性差、易团聚的问题，以较低活性组分的量达到较高的Hg⁰脱除效率。

技术领域

本发明属于燃煤烟气脱汞技术领域，涉及到一种锚定四氧化三钴纳米颗粒于木材碳上的制备催化剂的方法，所得木材碳原位生长四氧化三钴纳米颗粒催化剂可用于但不仅限于燃煤烟气脱汞体系。

背景技术

由于汞的毒性、持久性、生物富集等特性，对人体健康和生态环境造成了极大的危害，引起了人们的广泛关注。发电厂产生的燃煤烟气是主要污染源，燃煤烟气中的汞以三种不同形式存在：颗粒汞(Hg^p)，氧化汞(Hg²⁺)和零价汞(Hg⁰)。颗粒汞(Hg^p)，氧化汞(Hg²⁺)均可用现有装置去除。然而，由于Hg⁰的挥发性高，极低的水溶性，所以很难去除。将Hg⁰转化为易于脱除的Hg²⁺是控制烟气Hg⁰排放的一种可行方法。

V,Mn,Zr,Co,和Ce等过渡金属氧化物材料都可以作为脱汞催化剂。其中，Co₃O₄来源广泛，吸附容量大，稳定性好，而且具有独特的Co³⁺/Co²⁺的氧化还原对，因此成为了一种具有优异氧化性能的催化剂。研究表明，通过减小粒径能够提供更多的活性位点从而提高Hg⁰氧化效率。但是粒径减小会使表面能增大，容易发生团聚从而导致催化剂的催化性能降低。研究学者提出，将其负载在比表面积较大的载体上，能够提高催化剂的分散性，从而减少团聚现象。但是以负载的方式较难获得粒径均一的催化剂，且不能将小颗粒很好的锚定，在反应过程中限制了催化性能的进一步提高。

近年来，一些研究人员指出，可以将Co₃O₄纳米颗粒原位生长在具有高比表面积表面的载体上，达到锚定Co₃O₄纳米颗粒的目的，有效降低团聚的可能性，使活性位点充分暴露。而木材炭具有长、通且有序的大孔道和扭曲的介孔孔道，管壁上存在大量孔隙，形成三维连通的孔隙结构。不仅可以锚定活性组分，而且可以有效的降低传质阻力。因此可以在木材炭上原位生长粒径均一的Co₃O₄纳米颗粒，为反应提供有效的活性位点从而改善Hg⁰的氧化过程。

发明内容

本发明目的在于提供一种在木材碳上原位生长Co₃O₄纳米颗粒的催化剂的制备方法，从而锚定Co₃O₄纳米颗粒于木材碳上，解决现有技术中催化剂分散度低且易团聚的问题。本发明提供的结构稳定的Co₃O₄-WC催化剂，该催化剂以木材碳作为载体，Co₃O₄纳米颗粒作为活性组分，通过水热法将Co₃O₄纳米颗粒锚定在三维有序的木材碳上，从而提高催化剂的分散性以及稳定性。其制备过程操作简单，可获得用于燃煤烟气脱汞的结构稳定性良好的Co₃O₄-WC催化剂。