燃煤汞污染已成為國際社會的高度關注環境保護問題。利用選擇性催化還原（SCR）設備，濕法脫硫（WFGD）裝置等現有污染物控制設備在控制其它污染物的同時實現汞的脫除是一種極具競爭力汞排放控制方法。該技術的關鍵是如何在SCR催化劑上實現單質汞（Hg0）的高效氧化。低溫鈰基催化劑作為一種極具應用潛力的SCR催化劑在我們的前期研究中已被證實具有良好的Hg0氧化性能。本項目基于該類催化劑，結合大量的實驗和模擬計算，主要開展了以下四方面研究：（1）鈰基SCR催化劑上汞的多相催化轉化機理；（2）鈰基催化劑中毒/失效或抗中毒機制；（3）SCR脫硝過程與汞氧化過程間的相互作用規律；（4）鈰基SCR催化劑對NO與Hg0的協同控制。主要結論如下：(1) CeO2-TiO2 (CeTi)催化劑上汞的氧化遵循Langmuir-Hinshelwood機制。200 °C時，CeTi催化劑上汞氧化反應速率常數在80-130 s-1之間；HCl的吸附平衡常數在2-3×103 m3?mol-1左右；（2）SCR氣氛下HgO可被NO與NH3通過直接、間接兩種機理還原成為Hg0；（3）有O2條件下SO2既可以促進Hg0的氧化，也可以抑制Hg0的氧化，取決于煙氣中SO2的濃度；（4）SCR氣氛可以通過誘導氧化態汞的還原降低Hg0轉化效率，但是降低空塔氣速（GHSV）可以緩解該抑制作用。實驗周期內，Hg0氧化過程及其產物在催化劑表面的累積對NO還原無明顯不利影響；(5) CuO與CeO2間的強相互作用提高了CeTi催化劑的催化性能及抗水抗硫性能。在200 °C，GHSV 為 54,000 h-1條件下，CuO-CeO2/TiO2催化劑上的NO 還原效率以及Hg0的協同氧化效率均可超過90%。以上研究結果不僅可為實現燃煤污染物的一體化脫除提供可靠的科學依據，還可為低溫鈰基SCR催化劑的工業應用提供堅實的技術支撐。

燃煤是最大的人為汞排放源，燃煤汞污染及其控制近年來引起了國際社會的高度關注。2011年美國EPA及我國環保部均頒布了針對燃煤電廠的汞排放標準，控制燃煤汞的排放已迫在眉睫。利用現有污染物控制設備在控制其它污染物的同時實現汞的脫除是一種極具競爭力汞排放控制方法。傳統釩基SCR催化劑對低階煤煙氣中汞的氧化效率低下是該技術的瓶頸。申請者曾采用低溫鈰基SCR催化劑實現了無HCl條件下汞的高效氧化，有望克服商業釩基SCR催化劑的局限性。本項目基于該類催化劑，結合大量的實驗和模擬計算，研究其對NOx與汞的協同控制，在保證NOx高效脫除的基礎上協同實現燃煤煙氣中汞的高效氧化，明確SCR脫硝與汞氧化過程間的相互關系；考察催化劑特征、工況條件、煙氣氣氛等因素對汞氧化的影響，建立汞氧化多相反應動力學模型，定量揭示汞的催化氧化機理，闡明催化劑中毒/抗中毒機制；以期為實現燃煤污染物的一體化脫除提供可靠的科學依據。

汞是一種劇毒性和在生物體內易于沉積的重金屬痕量元素，對人體健康和生態環境具有極大的危害。燃煤汞污染已成為繼粉塵﹑SO2和NOx之后的第四大污染物。研究和開發有效的燃煤煙氣汞污染控制方法是環?？萍既藛T面臨的重要任務之一。本項目提出利用紫外光/過氧化氫（UV/H2O2）高級氧化工藝產生強氧化性羥基自由基（ OH）氧化脫除燃煤煙氣中單質汞（Hg0）的新方法。首次在噴淋塔反應器上系統深入研究UV/H2O2高級氧化工藝脫除Hg0過程的主要影響因素﹑反應機理以及傳質-反應動力學和數學模型。掌握UV/H2O2高級氧化工藝脫除Hg0過程的關鍵影響因素和最佳操作參數，揭示脫除Hg0的主要作用機制和反應路徑，明確脫除Hg0過程的傳質-反應動力學區域和控制步驟，獲得反應器的設計和放大規律，計算和測定關鍵的動力學參數，建立可描述Hg0脫除過程的數學模型。本項目的實現可為該技術的工業應用提供理論基礎和關鍵數據。

燃煤汞的排放已成為繼粉塵﹑SO2和NOx之后的第四大空氣污染物。開發有效的燃煤煙氣脫汞方法是當前燃煤煙氣凈化領域的熱點之一。本項目率先提出了一種利用UV/H2O2工藝產生羥基自由基脫除燃煤煙氣單質汞及協同脫硫脫硝的新方法。首次在光化學反應器上對單獨脫汞及協同脫硫脫硝的若干基礎問題展開了系統深入的研究。結果顯示：在光化學鼓泡塔上，提高光強度和O2濃度有利于Hg0脫除。提高Hg0濃度﹑溶液pH和煙氣流量不利于Hg0脫除。改變NO濃度﹑SO2濃度和反應溫度對Hg0脫除有輕微影響。H2O2濃度對汞脫除有雙重影響。在光化學噴淋塔上的研究發現，紫外光波長﹑輻射功率﹑H2O2濃度﹑液氣比﹑溶液pH和O2濃度對Hg0脫除率均有顯著影響。Hg0濃度﹑NO濃度﹑SO2濃度和反應溫度對Hg0脫除效率有輕微影響。在兩種反應器上，無論是單獨脫除還是協同脫除，Hg0的脫除路徑均包含以下部分：(1) 紫外光激發H2O2 和O2 產生了?OH/?O/O3等活性組分；(2) ?OH/?O/O3 對Hg0氧化脫除；(3)汞的光-水激發脫除；(4) H2O2 對Hg0的氧化脫除；(5) 自由基鏈式反應的終止。動力學研究顯示，在兩種反應器上，Hg0的脫除過程可看作是擬一級快速反應，即當化學反應足夠強時，增強傳質過程是提高脫除效率的有效途徑。本項目也對UV/H2O2在金屬離子催化（光-芬頓和芬頓系統）和堿液聯合吸收下的脫除過程展開了系統深入的研究。結果顯示：紫外光功率/波長﹑H2O2濃度和pH對Hg0脫除均有很大影響。Hg0 和SO2濃度﹑溶液溫度﹑CO32-/HCO3- 濃度對脫汞有較大影響。改變CO2/NO/O2/Cl-/NO3-/SO42-/SiO2/Al2O3/Fe2O3濃度對Hg0脫除僅有輕微影響。?OH的氧化是Hg0脫除的主要路徑，H2O2 的氧化起到了次要作用。SO42-/NO3-/Hg2 是同時脫硫脫硝脫汞的主要氧化產物。此外，本項目還對UV/H2O2聯合堿性吸收工藝脫硫脫硝脫汞作了拓展和探索研究。結果顯示，該工藝在聯合堿液吸收下能夠實現很高的同時脫除效率，具有良好的開發和應用前景。本項目的研究成果對UV/H2O2高級氧化技術在燃煤煙氣凈化領域的研究和應用奠定了初步的理論基礎，儲備了必要的基礎數據，豐富了燃煤煙氣汞脫除及硫/氮/汞同時脫除技術的多樣性。 2100433B

首先介紹了釩鈦催化劑催化氧化SO₂的反應機理及其研究進展，隨后綜述了影響SO₂氧化率的主要因素，主要包括催化劑中V₂O₅含量、催化助劑、飛灰、壁厚及煙氣成分、反應溫度等，并詳細地分析了各因素對SO₂氧化率的影響特性。在此基礎上，綜述了控制SCR催化劑SO₂氧化率的方法。最后指出SO₂氧化率控制技術的發展對低SO₂氧化率脫硝催化劑的開發、失活催化劑的再生以及廢棄催化劑的回用等均有著重要意義。

氧化率催化劑V2O5含量對SO2氧化率的影響

V₂O₅對釩鈦催化劑的SCR反應和SO₂氧化反應均具有強烈的催化作用，且上述兩個反應的轉化率均與V₂O₅含量密切相關。研究表明，隨著V₂O₅含量的增加，兩個反應的轉化率均增加，但是SO₂/SO₃轉化率的增速更快，這是因為SO₂的氧化率與催化劑的氧化性密切相關。V₂O₅晶體是工業制備硫酸所用催化劑的主要活性物質，所以隨著V₂O₅含量的增加，催化劑的氧化性不斷增強，使得SO₂的氧化率不斷提高。由此可知，可以通過適當降低V₂O₅含量的方式來控制SO₂氧化率，但這要以犧牲部分脫硝效率為代價，所以單純減少V₂O₅含量并不是控制SO₂氧化率的最優路徑。

氧化率催化助劑對 SO2 氧化率的影響

商業SCR脫硝催化劑的主要成分為V₂O₅活性組分和TiO₂載體，此外為了優化催化劑的某些性能，還需要摻雜特定的金屬氧化物作為催化助劑，其中最常見的催化助劑為WO₃和MoO₃，這些催化助劑的存在對SO₂氧化率有著一定的影響。

一般而言，WO₃的摻雜主要是為了提高催化劑的熱穩定性和表面酸性。值得注意的是，SAZONOVA等的研究表明WO₃的摻雜還能有效降低催化劑的SO₂氧化率，提高其抗硫性能。然而，DUNN等的研究取得了與之相反的結果，認為WO₃的摻雜會使催化劑的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也獲得了相似的研究結果。與WO₃的作用相似，MoO₃的摻雜也是為了提高催化劑的熱穩定性和表面酸性，另外還能增強催化劑的抗As中毒能力。KWON等發現MoO₃的摻雜還能夠抑制SO₂與V=O鍵的反應，進而減弱SO₂在催化劑表面的吸附，且研究還發現催化劑中Mo⁶ /Mo⁵ 比值越高，抗硫性能就越好。

雖然WO₃對SO₂氧化率的具體作用存在爭議，但催化助劑對SO₂氧化率會產生影響已毋庸置疑，這為改善催化劑的抗硫性能提供了一種可能的方法，即通過引入特定的物質來抑制SO₂的氧化。

氧化率催化劑壁厚對SO2氧化率的影響

商業SCR催化劑有蜂窩式、平板式和波紋板式等型式，不同型式的催化劑的壁厚有所不同，一般而言，催化劑壁越薄，SO₂氧化率越低，但對應的力學性能也會越差。因此，在進行催化劑成型時，應綜合考慮力學性能和 SO₂氧化率之間的關系。