摘要
煤炭是我国主要的能量来源，而燃煤电站被认为是大气污染物的主要来源，其中氮氧化物(NOx)和单质汞(Hg0)的大量排放会对环境和人类健康造成十分不利的影响。因此，如何有效地控制燃煤烟气中NOx和Hg0的排放己成为当前研究的热点问题。目前，选择性催化还原(SCR)技术是发展最为成熟、应用最为广泛的烟气脱硝技术，SCR催化剂能在脱除NOx的同时将Hg0协同氧化为H92+，进而被湿法脱硫装置脱除。但是，其氧化活性极大地依赖于煤中氯的含量。此外，现有工业的脱硝、脱汞过程均在独立的设备上运行，这不仅导致工艺繁琐，占地面积大，还使得投资和运行费用较高。因此实现燃煤烟气多重气态污染物的协同脱除具有重要的实际意义。鉴于此，本文提出利用选择性催化氧化技术(SCO)来协同脱硝脱汞，制备具有较高催化氧化活性的铜.铁基催化剂，并利用低温等离子体技术对其进行改性，以此提高催化剂的脱硝脱汞性能。 本文采用溶胶.凝胶法制备铜.铁基催化剂(CFs)，随后对其进行低温等离子体改性。运用多种手段对样品进行表征，主要包括比表面积测试(BET)、扫描式电子显微镜测试(SEM)、X-射线衍射测试(XRD)、氢气-程序升温还原测试(H2-TPR)、X-射线光电子能谱测试(XPS)等。结果表明:低温等离子体改性不会对催化剂的比表面积、孔容、孔径和晶相结构产生明显影响。XPS测试结果表明，改性催化剂表面Fe3+、Cu2+和晶格氧(O1)的含量显著提高。 在小型固定床实验台架上开展催化剂CFs的脱硝性能测试，发现:经低温等离子体改性后，催化剂的脱硝性能得到明显提高，且脱硝效率随着放电时间(0-30min)和放电气氛中氧气含量(N2、50％N2+50％O2、O2)的增加而提高。等离子体放电功率增加(32-96VA)，催化剂CFs的脱硝效率逐渐降低。催化剂CFs的最佳脱硝温度为300℃，该温度与燃煤电厂中商用SCR催化剂的活性温度窗口接近。深入探究催化剂CFs的脱硝反应机理，结果表明O1、Fe3+和Cu2+是脱硝过程主要的活性组分。氧气的存在能够有效地补充脱硝反应所消耗的晶格氧，可将Fe2+和Cu+进一步氧化为Fe3+和Cu2+。 最后，本文开展了催化剂CFs的协同脱硝脱汞性能研究。结果表明:低温等离子体改性大大提高了催化剂的脱汞效率，较长的放电时间(0-30min)和放电气氛中较高的氧气含量(N2、air、50％N2+50％O2、O2)有利于脱汞反应的进行。通过测定铜.铁基催化剂表面H矿吸附/氧化比例、Hg.TPD和XPS测试，发现:脱汞反应后，样品表面形成的主要物质是Hg0。在脱汞过程中，汞的吸附平衡会在短时间内达到，此后脱汞过程将由Hg0的催化氧化所主导。协同脱硝脱汞的最佳温度为300℃。NO能够促进Hg0脱除，而Hg0对NO脱除具有轻微的抑制作用。模拟烟气中O2的存在对NO和Hg0脱除有明显的促进作用，而H2O对NO和Hg0脱除具有抑制作用。由于铁物种的存在，催化剂在一定程度上展现出较高的抗硫中毒特性。
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