本发明专利技术涉及一种以改性凹凸棒土为载体的单质汞氧化的催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术和环保催化材料领域。首先通过离子交换法，制得过渡金属Fe、Zn、Cu、Mn、Ce中的一种改性的凹凸棒土，以此作为催化剂载体。再采用溶胶-凝胶法，掺杂一定量的Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V的一种或几种金属元素的氧化物活性组分，经过干燥、煅烧和过筛，制得所述催化剂，以催化剂的总质量为基准，活性金属氧化物负载的质量百分含量为10～30％，催化剂具有活性高、低温适应性好的特点，在烟气除汞领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以改性凹凸棒土为载体的单质汞(HgO)氧化的催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术和环保催化材料领域。
技术介绍
汞是一种有毒的痕量重金属元素，其内聚力很强，在空气中稳定，经过长期的积累聚集，会对环境造成污染，对生物和人体产生毒性作用。煤炭中含有微量汞，由于全球每年燃煤量巨大，燃煤过程的汞排放成为汞污染的主要来源。燃煤烟气中，汞主要以三种形态存在单质态汞(Hg°)、氧化态汞(Hg2+)、颗粒态汞(Hgp)。其中，Hg2+和Hgp所占比例小，且易被脱硫装置和除尘装置吸收，而Hg°由于其高挥发性且难溶于水，因此，燃煤烟气脱汞的关键在于Hgci的脱除。对于Hg°的移除，有效的方法是实现Hg°向Hg2+的高效转化，再利用现有设备进 行脱除。因而，催化Hgtl向Hg2+高效转化的催化剂成为Hgtl脱除的难点和关键。目前Hg°氧化的催化剂研究取得了一些进展，现已证实选择性催化还原(Selective catalyticreduction, SCR)催化剂对Hg°向Hg2+转化具有明显的促进作用,研究发现,SCR催化剂能够催化燃煤烟气中的Hgtl使其氧化，生成易溶于水且易附着于颗粒物上的可以被常规污染物控制设备除去的Hg2+。商业SCR催化剂多位钒系催化剂，如V205/Ti02或V205-W03/Ti02等。SCR最常用的载体是TiO2和活性炭。但TiO2比表面积较低，活性炭价格昂贵，因此选用新型有效的催化剂载体成为SCR催化剂研究热点之一。公开号为CN101528343名称为“金属汞的氧化催化齐U”的专利技术专利提出钥和钒复合型氧化催化剂(MoV2O8)，在不增加催化剂用量的情况下有优良的单质汞转化效率，然而钥、钒氧化物是高毒性、高污染性的重金属氧化物，因此难以推广与实际应用；公开号为CN1698931名称为“催化氧化烟气脱汞方法”的专利技术专利提出一种烟气汞的催化氧化方法，利用Fe、Co、Ni、Cu、Mn等过渡金属的氧化物作为活性组分催化氧化单质汞，但是，该专利提出的催化剂的使用操作温度一般在200°C以上才发挥较好的催化吸附作用，而常规脱硫除尘后烟气的温度一般低于160°C，如果要发挥该催化剂对单质汞的催化氧化性能，必须对烟气进行重复加热，这将大大增加系统能耗和操作费用。此外，US2003170159.W02006009079等专利对部分贵金属或过渡金属氧化物催化剂的汞氧化性能进行了报道，但这些专利对催化剂的载体、低温催化性能关注很少。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种以改性凹凸棒土为载体，金属元素掺杂的低温烟气单质汞氧化催化剂，该催化剂具有低温适应性好，制备方法简单，成本相对低廉等特点。本专利技术的另一个目的是提供一种以改性凹凸棒土为载体，金属元素掺杂的低温烟气单质汞氧化催化剂的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术是通过下述方式实现的—种以改性凹凸棒土为载体的烟气单质萊氧化催化剂，以改性的凹凸棒土为载体,经掺杂Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V的一种或几种金属元素的氧化物活性组分后，获得以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。一种制备以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂的方法，首先通过离子交换法，制得过渡金属(Fe、Zn、Cu、Mn、Ce中的一种)改性的凹凸棒土，以此作为催化剂载体。再采用溶胶-凝胶法，掺杂一定量的Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V的一种或几种金属元素的氧化物活性组分，获得改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。其中，金属氧化物占催化剂总质量的百分比为10 30%。所述的离子交换法是将凹凸棒土加入到Fe、Zn、Cu、Mn、Ce金属离子的可溶性盐溶液中，搅拌6小时,80 120°C下干燥,研磨,获得Fe、Zn、Cu、Mn、Ce改性凹凸棒土载体。溶胶-凝胶法是将Fe、Zn、Cu、Mn、Ce改性凹凸棒土载体加入到Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、 Au、Pd、V —种或几种混合的金属氧化物溶胶中，搅拌反应8 12小时，300°C下煅烧2 4小时，即可获得以Fe、Zn、Cu、Mn、Ce改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。上述以过渡金属改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂较佳粒度为40 80目。凹凸棒土(ATP)是一种天然I-D纤维形态的富镁硅酸盐粘土矿物，在其表面有易于表面改性反应的官能团结构(如-OH等)，且特殊的层链状结构易产生沸石类孔道。最值得关注的是，与传统的催化剂载体相比，凹凸棒土具有易表面改性，较大的比表面积及发达的孔道等特点，常用做吸附剂、催化剂和催化剂的载体。由于以上特性，以改性凹凸棒土为载体，金属元素掺杂制备烟气单质汞氧化催化剂，可以使催化剂表面具有更多的催化活性位，增大单质汞被催化氧化的几率和提高催化氧化反应的效率，从而在烟气单质汞催化氧化反应中具有更高的催化性能。本专利技术与现有技术相比其显著的优点(I)具有较大孔道结构的改性凹凸棒土载体能使活性组分分散性能提高，提高催化性能的同时，不易出现团聚、烧结等不良现象；(2)开发改性凹凸棒土为载体的金属掺杂低温烟气汞氧化催化剂既可缓解飞灰和SO2对催化剂的毒化和堵塞，有利于增长催化剂的寿命，又便于与我国现有锅炉系统匹配，而不对其他相关装置产生大的影响，还能避免烟道气的预热耗能；(3)以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂，具有比表面积大的优点，有利于烟气中单质萊的吸附，而Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V这些金属氧化物的掺杂，能在催化剂表面形成大量活性位点，提高了催化剂对烟气中单质汞的催化氧化效率。附图说明图I改性凹凸棒土载体和Fe掺杂改性凹凸棒土催化剂的红外光谱图。图2改性凹凸棒土载体和Fe掺杂改性凹凸棒土催化剂的X射线衍射图。图3改性凹凸棒土载体和Fe掺杂改性凹凸棒土催化剂对模拟烟气单质萊氧化催化性能对比。具体实施例方式以下实例以通过离子交换获得的铁改性凹凸棒土作为载体，虽然不同过渡金属改性的凹凸棒土对于烟气中单质汞的氧化活性不一样，但本专利技术是采用了此类材料的共性均为过渡金属进行掺杂，凹凸棒土本身具有较大的孔道结构、大的比表面积及孔体积，从而使催化剂表面具有更多的反应活性位点，因此这边仅以铁改性凹凸棒土作为催化剂载体为例。研究表明，改性凹凸棒土具有适当的孔径、热稳定性、酸度交换性，利用粘土的阳离子交换性及可膨胀性，对其进行改性，从而达到所需的孔隙度及热稳定性，形成具有大比表面积的新型催化材料。且制备方法简单，通过离子交换法和溶胶-凝胶法即可获得拥有高催化活性的烟气单质汞氧化催化剂。铁改性凹凸棒土载体合成过程如下凹凸棒土先进行酸处理，称取20g凹凸棒土溶于250ml的蒸馏水中，搅拌IOmin后加入一定量25%的盐酸，回流6小时，再用去离子水洗至中性，80 120°C干燥，300°C煅烧2 4小时。称取一定量经酸处理的凹凸棒土将其分散于FeCl3(0. 1M)水溶液中，在室温下 剧烈搅拌6小时，过滤分离，用蒸馏水洗涤，直至无Cl—存在(用AgNO3检测)。此过程重复3次。过滤产品在80 120°C下干燥，研磨，则得到粉末状Fe改性凹凸棒土，作为以下不同过渡金属掺杂改性凹凸棒土实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种催化烟气中单质汞氧化的以改性凹凸棒土为载体的催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)取凹凸棒土浸入三价Fe、Zn、Cu、Mn或Ce金属离子的可溶性盐溶液中的一种，混合均匀，静置1～4小时，80～120℃下干燥，研磨，获得由三价Fe、Zn、Cu、Mn或Ce中的一种金属改性的凹凸棒土，以此作为烟气单质汞氧化催化剂的载体；2)制备Fe、Zn、Cu、Mn、Ce、W、Co、Ag、Au、Pd、V一种或多种混合金属氧化物溶胶，将由三价Fe、Zn、Cu、Mn或Ce中的一种金属改性的凹凸棒土载体加入到上述金属氧化物溶胶中制得混合溶胶，搅拌反应8～12小时；3)将充分反应后的混合溶胶转置马弗炉中，以升温速率为1～30℃/分钟升至300℃下煅烧2～4小时，再以1～2℃/分钟的冷却速率冷却至常温，制得以改性凹凸棒土为载体的烟气单质汞氧化催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：仓辉，陆玉，韩粉女，许琦，奚新国，蔡照胜，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：
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