基于SAPO-34的改性材料对烟气中零价汞去除的研究

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燃煤烟气是环境中汞的重要来源之一。汞向大气环境释放后,可以经过湿沉降或干沉降进入水体和土壤,并在进入食物链后,在生物体内富集并造成严重的危害。烟气中的Hg0由于挥发性强、难溶于水成为烟气中最难脱除的汞成分。基于SAPO-34(菱沸石型分子筛)的改性材料在NH3-SCR反应中有良好的催化性能,本研究通过离子交换法,制备了Mn、Cu分别负载于SAPO-34的改性材料,以及双金属负载SAPO-34的改性材料,探究其对Hg0的脱除效果和机理。实验结果表明,负载Cu后的SAPO-34在不含HCl的烟气中对Hg0的脱除效果可以提高25%-50%。不同负载比例的Cu/SAPO-34在含15 ppm HCl的烟气中,对Hg0的去除效率均大于80%,250℃下,负载量为10%时,脱汞效率最高可以达到97.5%。负载量小于10%的Cu/SAPO-34本身的菱沸石晶型结构不发生变化,负载量超过10%则表面会出现CuO。Cu在SAPO-34上的负载提高了自身的比表面积。在HCl存在下,Cu/SAPO-34主要通过催化氧化的方式脱除Hg0。此外,Cu/SAPO-34还表现出了很高的抗水抗硫性能。但是主要存在的问题是在低温下和低HCl浓度下,脱汞效率不高。当Mn负载于SAPO-34上,即使模拟烟气中不存在HCl气体,也具有较强的Hg0脱除性能。负载量小于5%的Mn/SAPO-34本身的菱沸石晶型结构不发生变化,负载量超过5%则会在表面出现MnOx。100-250℃范围内,Mn/SAPO-34的脱汞性能随温度升高而降低。100℃下,5%Mn负载量的Mn/SAPO-34的脱汞效率达到了72.6%。根据TEKRAN测试结果,Mn/SAPO-34对Hg0的脱除主要通过吸附作用。根据Hg-TPD结果发现,吸附过程同时包含了物理吸附和化学吸附。Mn/SAPO-34的抗硫能力较弱,抗水性能较强。随后,比较了三种双金属负载SAPO-34分子筛的催化剂。发现Mn-Cu/SAPO-34在HCl存在下具有较好的脱汞效果。Ag-Mn/SAPO-34和Pd-Mn/SAPO-34脱汞效率不明显。
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