改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究

引用本文: 池桂龙, 沈伯雄, 朱少文, 何川. 改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究[J]. 燃料化学学报, 2016, 44(6): 763-768. shu

Citation: CHI Gui-long, SHEN Bo-xiong, ZHU Shao-wen, HE Chuan. Oxidation of elemental mercury over modified SCR catalysts[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2016, 44(6): 763-768. shu

改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究

池桂龙 ^1, ,
沈伯雄 ^{2,*,
,} ,
朱少文 ^1, ,
何川 ^1,

1.
南开大学环境科学与工程学院, 天津 300071
2.
河北工业大学能源与环境学院, 天津 300401

通讯作者: 沈伯雄, shenboxiong0722@sina.com

基金项目:
国家自然科学基金 51541602

和河北省自然科学基金 E2016202361

摘要: 在模拟SCR反应器烟气组分下, 考察了过渡金属改性掺杂对SCR催化剂单质汞 (Hg⁰) 氧化性能的影响。采用N₂吸附-脱附和X射线衍射 (XRD) 对催化剂理化性能进行表征。结果表明, 金属改性掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容, 但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。XRD谱图中出现了微弱的过渡金属氧化物衍射峰。8% Ce/SCR和8% Cu/SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg⁰氧化效率, 而8% Co/SCR催化剂Hg⁰氧化效率受温度影响较大。金属改性掺杂的催化剂在低NH₃和NO烟气组分中表现出较好的Hg⁰氧化效率, 当烟气组分中存在HCl时, 促进更加明显; 而当催化剂在高NH₃和NO烟气组分条件下, 即使有HCl的存在对Hg⁰氧化效率影响也不大。

关键词:

English

Oxidation of elemental mercury over modified SCR catalysts

1.
College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China
2.
College of Energy and Environmental Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China

Corresponding author: Tel: 18622132754, E-mail: shenboxiong0722@sina.com

Received Date: 12 January 2016
Revised Date: 17 March 2016

Abstract: The oxidation activity of elemental mercury (Hg⁰) by transition metal modified SCR catalysts was investigated by using the simulated SCR reactor. The physical and chemical properties of the catalysts were characterized by N₂ adsorption-desorption and X-ray diffraction (XRD). The results show that the specific surface area and total pore volume of the catalysts are decreased after the modification by metal oxide. However, the pore structure and distribution after modification have little variation. The weak diffraction peaks of transition metal oxide can be seen from the XRD pattern. Both 8% Ce/SCR and 8% Cu/SCR catalysts show a relatively stable and high Hg⁰ oxidation efficiency, while the oxidation activity of the 8% Co/SCR catalyst is greatly influenced by temperature. The modified SCR catalysts have an excellent catalytic performance for the Hg⁰ oxidation under a lower concentration of NH₃ and NO. And the Hg⁰ oxidation efficiency is promoted significantly in the presence of HCl. On the contrary, there is little improvement in the Hg⁰ oxidation by HCl at the condition of higher concentration of NH₃ and NO.

Key words:

燃煤电厂作为汞污染排放的重要来源已引起人们的广泛关注^[1]。燃煤烟气中的汞主要以三种形态存在：单质汞 (Hg⁰)、氧化态汞 (Hg²⁺) 和颗粒态汞 (Hg^P)。其中，Hg^P可利用电除尘器和布袋等除尘设备脱除；对于Hg²⁺，一方面，由于其挥发性较低, 容易与飞灰等颗粒物亲和吸附形成Hg^P，进而被去除；另一方面，其易溶于水，可通过湿法脱硫装置去除；而Hg⁰由于其强挥发性和低水溶性难以通过现有的污染物控制装备进行脱除^[2-4]。因此，如何高效的将燃煤烟气中Hg⁰形态转化为易脱除的Hg²⁺形态，从而利用现有污染物控制设备脱除汞，成为当前的研究热点。

选择性催化还原法 (SCR) 烟气脱硝技术在世界范围内得到了广泛应用，商业SCR催化剂主要采用V₂O₅/TiO₂基催化体系，添加WO₃或MoO₃等助剂^[5]。燃煤电厂现场测试表明, SCR脱硝系统对烟气中Hg⁰具有氧化作用^[6-8]。然而，研究发现, Hg⁰氧化效果受到煤型、催化剂种类、运行条件、烟气组分等多重因素的影响^{[9, 10]}。文献研究表明，传统商业SCR催化剂对Hg⁰氧化效果有限，特别是在HCl含量较低及NH₃含量较高的烟气条件下，SCR催化剂对汞的氧化能力更弱^[11-13]。世界各国学者近期研究了多种新型催化剂用于Hg⁰的氧化，例如SiO₂-V₂O₅/TiO₂^[14]、MnO_x-CeO₂/TiO₂^[15]、CuO/TiO₂^[16]、CuO/CeO₂-TiO₂^[17]、Au/Ti^[18]、CuO-MnO₂-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃^[19]、CeO₂/γ-Al₂O₃^[20]、MnO_x-CeO₂/activated coke^[21]、V₂O₅/AC^[22]。虽然新型催化剂的Hg⁰氧化效率较传统催化剂有所提高，但是由于经济和技术等多方面的问题，制约了新型催化剂在实际工业中的应用^[23]。

以商业SCR催化剂配方为基础，分别采用Ce、Cu、Co进行改性掺杂，研究催化剂在未添加HCl和添加HCl反应条件下Hg⁰氧化效率，并采用一系列表征手段对催化剂进行分析。目的是评估催化剂实现脱硝脱汞一体化实际应用的可能性。

1   实验部分

1.1   催化剂的制备

SCR催化剂由V₂O₅、MoO₃和TiO₂构成的中国某商业催化剂 (其中，V₂O₅质量分数为1.5%、MoO₃质量分数为5%、TiO₂质量分数为80%，其他成分为催化剂助剂)。改性催化剂的制备均采用超声加强浸渍法，具体为：将催化剂研磨成粉末 (催化剂过100目分样筛)，分别以Ce、Cu、Co金属硝酸盐作为催化剂前体物，溶于水后加入一定量SCR粉末，超声溶解1h, 在电磁搅拌器下加热搅拌数小时至水分蒸干，后转入烘箱在110℃下烘干5h。将烘干的固体样品整理标记后放入程序控温马弗炉中进行焙烧，500℃下保温4h，由此即制得金属负载量为8%的改性催化剂，标记为8%Ce/SCR、8%Cu/SCR、8%Co/SCR (众多学者已发表文献均显示：负载量为8%左右的Ce、Cu、Co金属改性催化剂，具有最高的Hg⁰氧化效率^{[16, 23, 24]})。将制得的改性催化剂在40目和60目分样筛中过筛，留取40-60目催化剂样品备用。

1.2   实验装置及活性测试

模拟实验流程示意图见图 1。实验装置由模拟配气系统、汞蒸汽发生装置、气体混合预热装置、主体反应器、测试系统、尾气净化装置等部分构成。气体采用D07-19B质量流量计 (北京七星) 精准控制流量。汞蒸汽发生装置由数控超级恒温槽 (±0.1℃)、汞渗透管和U形石英管组成，模拟系统中汞蒸汽浓度稳定在30μg/m³左右。为了防止汞蒸汽在管路内冷凝，管路加设保温带，保温温度恒定在120℃，尾气经活性炭吸附后排空。

图 1 实验流程示意图 Figure 1. Schematic diagram of the experimental system

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考虑实际工业中SCR催化剂的不同运行位置，实验测试条件见表 1，T1和T2代表两种烟气组分，T1代表上层催化剂烟气条件 (即催化剂发生强的SCR脱硝反应阶段)，T2代表下层催化剂烟气条件 (即催化剂脱硝反应较弱的阶段)，探究SCR反应器不同催化剂层对Hg⁰的氧化效率。

表 1 测试条件 Table 1. Test conditions

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Simulated flue gas componentsBalance gasTemperature t/℃ T15%O₂+348mg/m³NH₃+613mg/m³NO+1780mg/m³SO₂N₂300-400T25%O₂+35mg/m³NH₃+61mg/m³NO+1780mg/m³SO₂N₂300-400

表 1 测试条件
Table 1. Test conditions

实验过程中，称取一定量的催化剂粉末置于石英管中，模拟气体分为两条之路：一条支路以N₂作为载气，将U型石英管内汞蒸汽载入反应器；另外一条支路以N₂作为平衡气，将O₂、NH₃、NO、SO₂及HCl模拟烟气成分载入气体混合预热装置并通入反应器。气体总流量为850 mL/min，实验测试空速约为25000h^-1。测试过程采用H11-QM201H燃煤烟气测汞仪 (苏州青安) 实时监测烟气中Hg⁰的含量，仪器测量为0-50μg/m³，测量精度为1μg/m³。反应器所有数据均在催化剂吸附平衡后进行测试，Hg⁰氧化效率定义为式 (1)：

式中，Hg_in⁰为反应装置烟气Hg⁰的进口浓度，Hg_out⁰为反应装置烟气Hg⁰的出口浓度。

1.3   催化剂的表征

N₂等温吸附-脱附曲线由美国麦克公司生产的ASAP2020比表面积和孔隙度综合分析仪进行测定，利用Brunauer-Emmett-Teller (BET) 方程计算各样品的比表面积，利用Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 模型分析各样品的孔体积和孔径分布。催化剂的晶型结构由日本理学公司生产的D/Max 2500X射线衍射仪 (XRD) 进行测定，测试条件采用Cu Kα射线，管电压60kV，管电流300mA，3°-80°扫描。

2   结果与讨论

2.1   未添加HCl组分时各催化剂Hg⁰氧化效率

图 2为T1和T2模拟烟气条件下改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响。由图 2可知，在未添加HCl组分的两种模拟烟气条件下，分别考察了原SCR、8% Ce /SCR、8% Cu /SCR、8% Co /SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响。结果表明，原SCR催化剂Hg⁰氧化效率较低，当对其进行掺杂改性后，即使在未添加HCl时，Hg⁰氧化效率也均明显提高。其中，在两种模拟烟气条件下，8% Ce /SCR和8% Cu /SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg⁰氧化效率。8% Ce /SCR催化剂在360℃时具有最高氧化效率。8% Cu改性催化剂最佳氧化温度点出现在320℃，当温度继续升高时其氧化效率逐渐下降。而对于8% Co改性催化剂，其Hg⁰氧化效率受温度影响较大，在温度区间内出现了很大程度的波动。同时，比较图 2(a)和图 2(b)发现，T2条件下各催化剂Hg⁰氧化效率较T1均有不同程度的提高，其中，SCR、8% Ce /SCR、8% Cu /SCR催化剂氧化效率在SCR温度区间内整体提高了约10%。由此可知，当烟气组分中NH₃和NO浓度较高时，抑制了Hg⁰的氧化，SCR反应器下层催化剂中的烟气组分更有利于催化剂对Hg⁰的氧化。研究表明，NH₃与Hg⁰之间存在着强烈的竞争吸附，从而抑制了Hg⁰与催化剂的氧化反应^{[11, 12, 25]}。

图 2 改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响 Figure 2. Hg⁰ oxidation efficiency over modified SCR catalysts

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2.2   添加HCl组分时各催化剂对Hg⁰的氧化效率

图 3为添加HCl的条件下改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响。由图 3可知，添加HCl的条件下，三种金属元素的掺杂均不同程度的提高了催化剂的Hg⁰氧化效率。8% Ce改性催化剂在SCR温度区间内表现出了相对稳定的Hg⁰氧化效率，在T1+45mg/m³HCl烟气组分条件下，Hg⁰氧化效率均大于70%，在T2+45mg/m³HCl烟气组分条件下Hg⁰氧化效率均在92%以上。8% Cu改性催化剂在300-340℃比8% Ce改性催化剂取得了更好的氧化效果，而当温度继续升高时，其氧化效率迅速下降。对于8% Co改性催化剂，其Hg⁰氧化效率受温度影响较大，在温度区间内出现了很大程度的波动，整体改性效果比Ce改性和Cu改性催化剂的差。

图 3 HCl存在条件下改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响 Figure 3. Hg⁰ oxidation efficiency over modified SCR catalysts in the presence of HCl

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比较图 3(a)与图 2(a)发现，在T1条件下向烟气组分中添加45mg/m³HCl, ，各催化剂Hg⁰催化氧化效率提升幅度均小于5%。而比较图 3(b)与图 2(b)发现，在T2条件下向烟气组分中添加45mg/m³HCl，各催化剂氧化效率均取得较大幅度的提升。其中，原SCR催化剂Hg⁰氧化效率提升幅度为：13.09%-19.14%；8% Ce /SCR催化剂提升幅度为：9.61%-13.58%；8% Cu /SCR催化剂提升幅度为：8.5%-16.12%；8% Co /SCR催化剂提升幅度为：2.84%-8.56%。结果表明，当烟气组分中NH₃和NO浓度较高时，45mg/m³HCl的添加对Hg⁰氧化效率影响不大。而当烟气组分中NH₃和NO浓度较低时，HCl的添加对Hg⁰氧化效率的提高影响明显。

2.3   改性SCR催化剂对脱硝效率的影响

实验在200-400℃，空速25000h^-1，烟气组分：N₂+5%O₂+348mg/m³NH₃+613mg/m³NO+1780mg/m³SO₂条件下，考察了改性催化剂对脱硝效率的影响，具体见图 4。由图 4可知，未改性催化剂在300-400℃脱硝效率均在90%以上，随着温度的降低催化剂脱硝效率逐渐降低。8% Ce改性催化剂对脱硝性能有显著的提高，在250-400℃脱硝效率均在95%以上，拓宽了原催化剂的温度窗口。8% Cu改性催化剂在200-350℃促进了催化剂的脱硝效率，但在350-400℃抑制了催化剂的脱硝性能。8% Co改性催化剂在300-400℃表现出了最好的脱硝性能，而在低温区抑制了催化剂的脱硝性能。因此，综合催化剂Hg⁰氧化效率和脱硝效率，可以得出，8% Ce改性催化剂拓宽了原催化剂的脱硝温度窗口，具有良好的脱硝及Hg⁰氧化效率，有利于实现脱硝脱汞一体化应用。

图 4 改性SCR催化剂对脱硝效率的影响 Figure 4. NO conversion efficiency over modified SCR catalysts

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2.4   催化剂的微观表征

2.4.2   XRD测试

图 6为催化剂的XRD谱图。由图 6可知，所有的催化剂图谱均出现了明显的锐钛型TiO₂衍射峰，与文献一致^[26]。而在所有催化剂图谱中并未发现V和Mo等催化剂活性组分，这表明，其在催化剂中分散较好或以无定形态存在，活性成分在催化剂表面的非晶态分布有利于催化剂活性的提高^[15]。当通过金属改性掺杂后可以发现，8% Ce /SCR、8% Cu /SCR、8% Co /SCR催化剂图谱中分别出现了CeO₂、CuO、Co₃O₄金属氧化物衍射峰，这可能是由于在8%的负载量下，催化剂表面形成了少量的金属氧化物晶体，文献研究也表明，当金属改性剂负载量较大时，会在XRD谱图中检测到金属氧化物衍射峰^{[16, 24, 27]}。

图 6 催化剂的XRD谱图 Figure 6. XRD patterns of the catalysts

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表 2 催化剂的比表面积和孔结构 Table 2. Specific surface area and pore structure of the catalysts

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CatalystSpecific surface area
A/(m²·g ^-1)Pore volume
v/(cm³·g^-1)Average pore diameter d/nmRaw SCR85.80.27711.38% Co /SCR67.20.22611.6

8% Ce /SCR 69.1 0.216 11.1
8% Cu /SCR 59.8 0.238 14.0

表 2 催化剂的比表面积和孔结构
Table 2. Specific surface area and pore structure of the catalysts

2.4.1   N₂吸附-脱附测试

未改性SCR催化剂和改性SCR催化剂的比表面积、总孔容和平均孔径测定结果见表 1。由表 1可知，改性催化剂的比表面积和总孔容与未改性SCR催化剂相比均显著减小，可能是由于在8%的负载量下，改性剂在催化剂表面形成了氧化物结晶进而堵塞了催化剂部分空隙。催化剂样品的等温吸附脱附曲线见图 5(a)。由图 5(a)可知，各催化剂样品均表现为IUPAC定义的IV型等温线，存在H1滞后环，表明了催化剂材料为典型的介孔材料。由图 5(b)催化剂样品的孔径分布可知，金属改性剂的掺杂对催化剂的孔径分布没有太大的影响，各催化剂样品均表现为介孔发达的孔隙结构。

图 5 催化剂的N₂吸附-脱附曲线 Figure 5. N₂ adsorption-desorption curves of catalyst samples

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虽然改性剂的掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容，但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。结合各催化剂的Hg⁰氧化效率分析可知，催化剂的比表面积和孔容等表面物理特性与催化剂的Hg⁰氧化效率没有明显的相关性，这与许多学者研究成果一致^{[16, 24]}。

3   结论

金属改性掺杂SCR催化剂减小了原催化剂的比表面积和总孔容，但对催化剂的孔径分布没有太大的影响，8%的负载量使催化剂表面出现了相应的金属氧化物衍射峰。

金属改性掺杂SCR催化剂不同程度提高了催化剂Hg⁰氧化效率，其中，8% Ce /SCR和8% Cu /SCR催化剂，在SCR温度区间内表现出了相对稳定和高效的Hg⁰氧化效率，8% Co/SCR催化剂Hg⁰氧化效率受温度影响较大。同时，8% Ce改性催化剂拓宽了原催化剂的脱硝温度窗口，提高了原催化剂脱硝效率，有利于实现脱硝脱汞一体化应用。

金属改性掺杂的催化剂在低NH₃和NO烟气组分中表现出了较好的Hg⁰氧化效率，当烟气组分中添加HCl时，促进更加明显；而当催化剂在高NH₃和NO烟气组分条件下，即使有HCl的存在对Hg⁰氧化效率影响也不大。
1. [1]
  LI P, FENG X B, QIU G L, SHANG L H, LI Z G. Mercury pollution in Asia:A review of the contaminated sites[J]. J Hazrad Mater, 2009, 168(2/3): 591-601.
2. [2]
  SENIOR C L, HELBLE J J, SAROFIM A F. Emissions of mercury, trace elements, and fine particles from stationary combustion sources[J]. Fuel Process Technol, 2000, 65-66(0): 263-288.
3. [3]
  PRESTO A A, GRANITE0 E J. Survey of catalysts for oxidation of mercury in flue gas[J]. Environ Sci Technol, 2006, 40(18): 5601-5609. doi: 10.1021/es060504i
4. [4]
  刘玲, 段钰锋, 王运军, 王卉, 尹建军. 两种煤在热解过程中汞的析出和形态分布实验研究[J]. 燃料化学学报, 2010,38,(2): 134-139. doi: 10.1016/S1872-5813(10)60026-6LIU Ling, DUAN Yu-feng, WANG Yun-jun, WANG Hui, YIN Jian-jun. Experimental study on mercury release behavior and speciation during pyrolysis of two different coals[J]. J Fuel Chem Technol, 2010, 38(2): 134-139. doi: 10.1016/S1872-5813(10)60026-6
5. [5]
  PENG Y, SI W Z, LI X, LUO J M, LI J H, CRITTENDEN J, HAO J M. Comparison of MoO₃ and WO₃ on arsenic poisoning V₂O₅/TiO₂ catalyst:DRIFTS and DFT study[J]. Appl Catal B:Environ, 2016, 181: 692-698. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.030
6. [6]
  PUDASAINEE D, LEE S J, LEE S H, KIM J H, JANG H N, CHO S J, SEO Y C. Effect of selective catalytic reactor on oxidation and enhanced removal of mercury in coal-fired power plants[J]. Fuel, 2010, 89(4): 804-809. doi: 10.1016/j.fuel.2009.06.022
7. [7]
  CAO Y, GAO Z Y, ZHU J S, WANG Q H, HUANG Y J, CHIU C C, PARKER B, CHU P, PAN W P. Impacts of halogen additions on mercury oxidation, in a slipstream selective catalyst reduction (SCR), reactor when burning sub-bituminous coal[J]. Environ Sci Technol, 2008, 42(1): 256-261. doi: 10.1021/es071281e
8. [8]
  CAO Y, C B, WU J, CUI H, SMITH J, CHEN C K, CH UP, PAN W P. Study of mercury oxidation by a selective catalytic reduction catalyst in a pilot-scale slipstream reactor at a utility boiler burning bituminous coal[J]. Energy Fuels, 2007, 21: 145-156. doi: 10.1021/ef0602426
9. [9]
  YANG H M, PAN W P. Transformation of mercury speciation through the SCR system in power plants[J]. J Environ Sci, 2007, 19(2): 181-184. doi: 10.1016/S1001-0742(07)60029-1
10. [10]
  SENIOR C L. Oxidation of mercury across selective catalytic reduction catalysts in coal-fired power plants[J]. J Air Waste Manage, 2006, 56(1): 23-31. doi: 10.1080/10473289.2006.10464437
11. [11]
  KAMATA H, UENO S I, NAITO T, YUKIMURA A. Mercury oxidation over the V₂O₅(WO₃)/TiO₂ commercial SCR catalyst[J]. Ind Eng Chem Res, 2008, 47(21): 8136-8141. doi: 10.1021/ie800363g
12. [12]
  YANG J, YANG Q, SUN J, LIU Q C, ZHAO D, GAO W, LIU L. Effects of mercury oxidation on V₂O₅-WO₃/TiO₂ catalyst properties in NH₃-SCR process[J]. Catal Commun, 2015, 59: 78-82. doi: 10.1016/j.catcom.2014.09.049
13. [13]
  李建荣, 何炽, 商雪松, 陈进生, 喻小伟, 姚沅君. SCR脱硝催化剂对烟气中零价汞的氧化效率研究[J]. 燃料化学学报, 2012,40,(2): 241-246. doi: 10.1016/S1872-5813(12)60012-7LI Jian-rong, HE Chi, SHANG Xue-song, CHEN Jin-sheng, YU Xiao-wei, YAO Yuan-jun. Oxidation efficiency of elemental mercury in flue gas by SCR De-NO_x catalysts[J]. J Fuel Chem Technol, 2012, 40(2): 241-246. doi: 10.1016/S1872-5813(12)60012-7
14. [14]
  LI H L, LI Y, WU C Y, ZHANG J Y. Oxidation and capture of elemental mercury over SiO₂-TiO₂-V₂O₅ catalysts in simulated low-rank coal combustion flue gas[J]. Chem Eng J, 2011, 169(1/3): 186-193.
15. [15]
  LI H L, WU C Y, LI Y, ZHANG J Y. Superior activity of MnO_x-CeO₂/TiO₂ catalyst for catalytic oxidation of elemental mercury at low flue gas temperatures[J]. Appl Catal B:Environ, 2012, 111-112: 381-388. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.10.021
16. [16]
  XU W X, WANG H R, ZHOU X, ZHU T Y. CuO/TiO₂ catalysts for gas-phase Hg⁰ catalytic oxidation[J]. Chem Eng J, 2014, 243: 380-385. doi: 10.1016/j.cej.2013.12.014
17. [17]
  LI H L, WU S K, WU C Y, WANG J, LI L Q, SHIH K. SCR atmosphere induced reduction of oxidized mercury over CuO/CeO₂-TiO₂ catalyst[J]. Environ Sci Technol, 2015, 49(12): 7373-7379. doi: 10.1021/acs.est.5b01104
18. [18]
  DRANGA B A, KOESER H. Increased co-oxidation activity for mercury under hot and cold site coal power plant conditions-Preparation and evaluation of Au/TiO₂-coated SCR-DeNO_x catalysts[J]. Appl Catal B:Environ, 2015, 166-167: 302-312. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.11.018
19. [19]
  WANG P Y, SU S, XIANG J, CAO F, SUN L S, HU S, LEI S Y. Catalytic oxidation of Hg⁰ by CuO-MnO₂-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ catalyst[J]. Chem Eng J, 2013, 225(0): 68-75.
20. [20]
  WEN X Y, LI C T, FAN X P, GAO H L, ZHANG W, CHEN L, ZENG G M, ZHAO Y P. Experimental study of gaseous elemental mercury removal with CeO₂/γ-Al₂O₃[J]. Energy Fuels, 2011, 25(7): 2939-2944. doi: 10.1021/ef200144j
21. [21]
  XIE Y N, LI C T, ZHAO L K, ZHANG J, ZENG G M, ZHANG X N, ZHANG W, TAO S S. Experimental study on Hg⁰ removal from flue gas over columnar MnO_x-CeO₂/activated coke[J]. Appl Surf Sci, 2015, 333: 59-67. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.01.234
22. [22]
  WANG J W, YANG J L, LIU Z Y. Gas-phase elemental mercury capture by a V₂O₅/AC catalyst[J]. Fuel Process Technol, 2010, 91(6): 676-680. doi: 10.1016/j.fuproc.2010.01.017
23. [23]
  赵莉, 何青松, 李琳, 陆强, 董长青, 杨勇平. 改性SCR催化剂对Hg⁰催化氧化性能的研究[J]. 燃料化学学报, 2015,43,(5): 628-634. doi: 10.1016/S1872-5813(15)30018-9ZHAO Li, HE Qing-song, LI Lin, LU Qiang, DONG Chang-qing, YANG Yong-ping. Research on the catalytic oxidation of Hg⁰ by modified SCR catalysts[J]. J Fuel Chem Technol, 2015, 43(5): 628-634. doi: 10.1016/S1872-5813(15)30018-9
24. [24]
  LIU Y, WANG Y J, WANG H Q, WU Z B. Catalytic oxidation of gas-phase mercury over Co/TiO₂ catalysts prepared by sol-gel method[J]. Catal Commun, 2011, 12(14): 1291-1294. doi: 10.1016/j.catcom.2011.04.017
25. [25]
  HONG H J, HAM S W, KIM M H, LEE S M, LEE J B. Characteristics of commercial selective catalytic reduction catalyst for the oxidation of gaseous elemental mercury with respect to reaction conditions[J]. Korean J Chem Eng, 2010, 27(4): 1117-1122. doi: 10.1007/s11814-010-0175-x
26. [26]
  LEE W, BAE G N. Removal of elemental mercury (Hg (0)) by nanosized V₂O₅/TiO₂ catalysts[J]. Environ Sci Technol, 2009, 43(5): 1522-1527. doi: 10.1021/es802456y
27. [27]
  GAO X, JIANG Y, ZHONG Y, LUO Z Y, CEN K F. The activity and characterization of CeO₂-TiO₂ catalysts prepared by the sol-gel method for selective catalytic reduction of NO with NH₃[J]. J Hazrad Mater, 2010, 174: 734-739. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.09.112
图 1 实验流程示意图

Figure 1 Schematic diagram of the experimental system

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图 2 改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响

Figure 2 Hg⁰ oxidation efficiency over modified SCR catalysts

(a): condition T1; (b): condition T2

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图 3 HCl存在条件下改性SCR催化剂对Hg⁰氧化效率的影响

Figure 3 Hg⁰ oxidation efficiency over modified SCR catalysts in the presence of HCl

(a): condition T1+45 mg/m³ HCl; (b): condition T2+45 mg/m³ HCl

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图 4 改性SCR催化剂对脱硝效率的影响

Figure 4 NO conversion efficiency over modified SCR catalysts

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图 5 催化剂的N₂吸附-脱附曲线

Figure 5 N₂ adsorption-desorption curves of catalyst samples

(a): N₂adsorption-desorption isotherms; (b): pore size distributions

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图 6 催化剂的XRD谱图

Figure 6 XRD patterns of the catalysts

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表 1 测试条件

Table 1. Test conditions

Simulated flue gas componentsBalance gasTemperature t/℃ T15%O₂+348mg/m³NH₃+613mg/m³NO+1780mg/m³SO₂N₂300-400T25%O₂+35mg/m³NH₃+61mg/m³NO+1780mg/m³SO₂N₂300-400

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表 2 催化剂的比表面积和孔结构

Table 2. Specific surface area and pore structure of the catalysts

CatalystSpecific surface area
A/(m²·g ^-1)Pore volume
v/(cm³·g^-1)Average pore diameter d/nmRaw SCR85.80.27711.38% Co /SCR67.20.22611.6

8% Ce /SCR 69.1 0.216 11.1
8% Cu /SCR 59.8 0.238 14.0

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