亚纳米Pd/γ-Fe2O3空心微反应器的构建及脱除模拟煤气中单质汞的研究

Coal gasification technology offers an efficient strategy to utilization of coal. However, heavy metal Hg produced in the coal gasification process has caused serious concern in the society due to its toxic and persistent hazardous for the environment. Therefore, how to effectively control product of Hg in the coal gas has become extremely important. Although metal oxide-supported noble metal nanoparticles has proven effective for removing Hg from the simulated coal gas, the conventional oxide-supported metal catalysts often suffer from sole function of metal oxide support, small surface area, low loading amount and poor dispersibility of the noble metal particles on the oxide support, leaching of metal nanoparticle from oxide support during reaction, and poor recyclability of composite nanoparticles. These drawbacks have prompted us to develop a robust catalyst for highly efficient removal of Hg in the gasification process. Herein, In this project we will introduce a facile synthesis route to load subnanoscale Pd nanoparticles on γ-Fe2O3 hollow magnetic nanoparticles with a large specific surface area, long-term stability and further investigate the reaction mechanism and actual active phase between subnanoscale Pd/γ-Fe2O3 and Hg. Thus we could develop an efficient method to removal the harmful heavy metal mercury from coal gas.

煤气化技术是煤炭有效利用的一种重要途径，但煤气化过程中产生的重金属Hg因其剧毒性和对环境持久性危害而引起人们的强烈关注。因此如何有效控制煤气化过程中产生的Hg变得极其重要。前期研究表明，贵金属/金属氧化物复合催化剂可以对煤气中的Hg进行有效脱除，但此类复合材料存在载体作用单一、比表面积较小、贵金属粒子活性位点少、分散性差、反应过程中易脱落和复合纳米粒子难回收再利用等问题。为此，本项目拟通过简单、绿色可控途径制备空心、大比表面积、亚纳米Pd高分散且持久稳定性的Pd/γ-Fe2O3磁性多功能复合材料来解决上述所提及的部分问题，并深入研究亚纳米Pd/γ- Fe2O3空心磁性复合材料协同催化脱除模拟煤气中单质汞的反应机理。最终建立具备脱汞精度高、汞容高和易于回收再利用的亚纳米Pd/γ- Fe2O3催化剂的可控制备方法，明确其催化脱汞机理，从而实现对煤气中有害重金属汞的高效、深度脱除。

煤气化技术是煤炭有效利用的一种重要途径，但煤气化过程中产生的重金属Hg0因其剧毒性和对环境持久性危害而引起人们的强烈关注。因此如何有效控制煤气化过程中产生的Hg0变得极其重要。前期研究表明，贵金属Pd/铁基金属氧化物复合吸附剂可以对煤气中的Hg0进行有效脱除。为此，采用便捷、可规模化的无溶剂热解法制备了不同晶型的FexOy/Pd复合材料（γ-Fe2O3/Pd，α-Fe2O3/Pd和Fe3O4/Pd），并深入研究了不同氧化铁载体的协同脱汞作用。实验结果表明，所得Fe3O4/Pd的脱汞性能最好，8 h后其脱汞效率基本保持不变。研究结果表明，Fe3O4/Pd吸附剂中Pd是该吸附剂脱汞的主要活性组分，但实际煤气中的H2S气体对Pd有较强的毒化作用，从而导致其脱汞性能下降。已有研究表明，氧化铈在还原性气体环境中具有脱除H2S的能力，为此通过简单的实验方法成功制备了Pd-CeO2/Fe3O4复合吸附剂，CeO2的引入提高了催化剂的抗硫性从而促进了汞的脱除。也进一步研究了浸渍方法对Pd/Ce/γ-Al2O3复合纳米脱汞吸附剂的影响，实验结果表明共浸渍法有利于提高了吸附剂表面金属组分Ce和Pd的分散性，产生了更多的活性位点，从而提高了吸附剂脱汞活性和抗H2S中毒能力，通过共浸渍法制备的Ce-Pd/γ-Al2O3吸附剂在250 °C时480 min内，Hg0的去除效率保持在98%以上。总之，通过本项目的实施，拓展了Pd/金属氧化物复合吸附剂的制备方法，不同制备方法对吸附剂活性物种分布有很大影响，从而导致反应过程中脱汞效率发生显著变化。也深入的认识了不同氧化物载体的吸附脱汞增强作用机制。 上述所得实验结果对下一步可控制备高效脱汞吸附剂提供了详实的实验基础。