膜控制释放-催化反应体系的构建及其对零价汞的催化氧化机制

零价汞的高效氧化是提高燃煤烟气除汞效率的关键。针对烟气中痕量级零价汞难以转化且氧化剂利用率低等问题，提出并构建了基于多孔陶瓷膜的控制释放-催化反应体系，以实现对零价汞的高效氧化，并提高氧化剂的利用率。.基于氧化剂的扩散、储存及催化剂的低温催化活性与抗硫作用等综合考虑，以多孔陶瓷膜为载体，研制新型复合催化剂；探索氧化剂在多孔膜催化体系中的传递、储存及活化规律，并优化其调控方法；利用氧化剂在膜催化材料上的吸附储存作用以及催化材料自身的储氧功能，为氧化剂活化的Deacon反应提供有利条件，从而达到既能提高零价汞的催化氧化速率，又能减少氧化剂流失之目的。通过研究，揭示膜催化材料的对氧化的储存及控制释放特性，以及催化剂的催化活性对该耦合系统的传质与反应过程影响，探明膜储存及控制释放与零价汞催化氧化的最佳耦合方法及条件,阐明其作用机制并建立适当的动力学模型。为该新技术的应用提供必要的实验和理论探索。

利用催化氧化的方法将烟气中Hg0转化为易去除的二价汞（Hg2+），被认为是治理Hg0的有效途径之一。然而，由于Hg0在燃煤烟气中为痕量级，采用传统的催化氧化方法（TCO）存在Hg0转化效率不高、氧化剂或其前体物易流失且用量大、二次污染大等不足，为了克服传统方法的上述问题，本课题通过研究构建了一种集氧化剂的释放、吸附富集以及Hg0的催化氧化于一体的反应体系，并以多孔陶瓷膜为主体将二者有机结合起来，形成独特的膜催化-氧化剂输送-汞催化氧化的反应体系（MDCOs）。课题的研究首先采用过渡金属锰氧化物（MnOx）为主要活性组分，通过浸渍法在多孔陶瓷膜表面形成Mn/Al2O3膜催化反应体系，并以氯化氢HCl为氧化剂前驱体，研究了Mn/Al2O3膜催化体系对模拟烟气中Hg0向Hg2+转化的规律，以及烟气中其它组分包括SO2、NO和O2等对Hg0转化过程的影响，并与传统催化模式（TCO）进行了对比。同时利用该膜催化系统对HCl的活化过程（如Deacon反应）也进行了系统研究，探讨了HCl在膜催化系统中传输、转化、吸附与富集的规律。为增强Mn/Al2O3膜催化体系的催化反应效率，进一步降低氧化剂用量，采用过渡金属Ti对陶瓷管进行改性后再附以过渡金属Ru为主体催化剂，形成了以Ru-Ti/Al2O3为主体催化剂的MDCOs体系。研究了不同条件下的Deacon过程，以及Ru-Ti/Al2O3膜催化体系在300℃下对Hg0的转化规律。.通过此课题研究取得以下成果：1）针对烟气中痕量级Hg0的氧化，构建出了以多孔陶瓷膜为主体，以过渡金属Mn、Mo、Ru和Ti所形成了不同氧化物为主体的膜催化材料，该膜催化材料将氧化剂的释放、吸附富集以及Hg0的催化氧化集中于一体形成了MDCOs膜反应体系，该体系在功能结构上具有明显的创新性。2）研究构造的Mn/Al2O3和Mn-Mo-Ru的MDCOs膜催化体系，能在高温300℃和低温150℃下，分别实现对Hg0到Hg2+的高效转化，并具有很好的抗硫能力。同时，MDCOs体系还能显著降低氧化剂的流失，节约氧化剂的用量，有效克服了传统TCO模式在高温下大量灰尘对催化剂的毒害作用，以及低温下催化剂活性不高的问题。3）以固体溴源为氧化剂，MDCOs体系能进一步提高催化效率，降低氧化剂用量以及减少二次污染的几率。