玉米秸秆基活性炭催化剂同时脱除制酸尾气中SO2、NOx和Hg0的研究

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铅锌冶炼过程中的制酸尾气含有低浓度二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和零价汞(Hg0),往往直接排放到空气中。由于我国实施超低排放(SO2、NOx和Hg0排放浓度分别不超过35 mg/m3、50 mg/m3和30μg/m3)和节能改造,因此,有必要开发一种用于多污染物同时高效脱除的净化材料,深度净化脱除铅锌冶炼烟气制酸后的低浓度硫硝汞,并探索其反应机理。为铅锌冶炼烟气制酸尾气中SO2、NOx和Hg0的脱除提供理论依据,推进有色金属行业绿色发展进程。本文将结合吸附氧化脱硫,SCR脱硝和催化氧化脱汞三种技术实现铅锌冶炼烟气制酸尾气中硫硝汞三种气态污染物的协同净化。筛选并优化制备玉米秸秆基活性炭催化剂的最佳条件,包括炭化温度、活化剂种类与含量、活化温度、金属活性组分种类与含量、金属前驱体以及焙烧温度,另一方面筛选优化玉米秸秆基活性炭催化剂的最佳反应条件,包括反应空速、O2含量、氨氮比以及进口浓度,考察不同制备和反应工艺条件对玉米秸秆基活性炭催化剂同时脱除硫硝汞性能的影响;此外还通过BET、XRD、TG/DTA、XPS、CO2-TPD和FTIR等表征手段分析材料的结构和表面特性,并探究了催化剂催化脱除可能的反应机理。制备条件会影响催化剂在低温下同时催化脱硫脱硝脱汞的效率,对此进行研究。反应条件如下:200 ppm SO2,300 ppm NO,100μg/m3Hg0,600 ppm NH3,3%O2,N2作为平衡气,流量为450m L/min,空速(GHSV)为5000h-1。反应温度梯度为100-150-200-250-300-350℃,在每个温度停留40min。实验研究发现最佳制备条件如下:炭化温度为700℃,活化剂为KOH,活化剂含量为碱炭比=3:1,活化温度为700℃,负载10%CuCl2,焙烧温度为400℃。在最优条件下制备的玉米秸秆基活性炭表现出良好的芳构化结构,具有较高的比表面积(1259m2/g),和孔体积(0.56cm3/g),丰富的活性官能团以及良好的铜分散性。在100-350℃下催化剂的最佳脱除效率为100%脱硫率,99%脱硝率和95%脱汞率。研究考察了反应空速和烟气组分等反应条件对玉米秸秆基活性炭催化剂在低温条件下同时脱硫脱硝脱汞的影响。研究表明最佳反应条件如下:反应空速为5000h-1,最佳氧含量为3%,最佳氨氮比为2:1,最佳进口浓度为200ppm SO2,300ppm NO和100ppm Hg0,在此反应条件下使用催化剂在低温下脱除硫硝汞的最佳脱除效率分别为100%的脱硫率,99%的脱硝率和95%的脱汞率,在100-250℃时几乎观察不到N2O生成,300-350℃时分别生成35ppm、85ppm的N2O,选择性分别为76%和43%。通过利用耐久性和纯吸附实验以及暂态响应和XPS表征进行分析研究了Cu/CSAC催化剂在低温下脱脱硫脱硝脱汞可能的反应机理。研究表明,Cu/CSAC活性炭催化剂同时脱硫脱硝脱汞的反应中既有吸附脱除反应也有催化脱除反应,100℃以吸附脱除为主,200℃以催化脱除为主。烟气中的SO2在含有NH3的条件下形成硫酸盐;吸附态NH3和气相的NO反应生成N2和H2O;烟气中的Hg0与O2反应生成HgO,从而实现脱硫脱硝脱汞。
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