汞是全球性的重金属污染物,其过量排放已引起了国际社会的广泛关注。由于中国燃煤消耗量巨大,煤炭燃烧是我国主要的汞污染来源,为此,我国在新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中要求燃煤电厂的汞排放低于0.03mg/m³。燃煤烟气中的气态零价汞由于其易挥发性和低水溶性,很难被现有烟气净化装置去除,是释放到空气中的主要汞形态。因此,控制燃煤电厂零价汞排放成为近几年研究热点。将烟气中的零价汞（Hg⁰）催化氧化成二价汞(Hg²⁺),再利用现有烟气净化系统进行去除,是提高燃煤烟气汞去除的有效方法。同时,SCR装置一个普遍存在的问题就是作为脱硝反应物的氨气未完全反应而逃逸到下游装置中,甚至排放到空气中引起无机气溶胶或者PM_2.5等环境问题。针对燃煤烟气零价汞及逃逸氨问题,本论文研究提出SCR-Plus多效催化剂,即在传统SCR催化单元末端增加较短的SCR-Plus模块,使其兼具脱汞、氨氧化、脱硝的多效催化功能,实现多污染的协同控制。本论文利用贵金属Ru、Ir通过溶胶凝胶法负载改性Ce-Zr固溶体,并对其多效催化特性和反应机理进行研究。同时研究了烟气中典型微量元素Se对多效催化剂的中毒效应。最后通过密度泛函理论对Hg⁰在RuO₂催化剂上的催化氧化过程进行了模拟计算。本论文主要研究内容及结论如下:1.通过PVP溶胶凝胶法制备IrO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂对逃逸氨和零价汞都具有高效的催化氧化活性。IrO₂的负载能够显著促进催化剂在低温段对逃逸氨的氧化。NH₃在IrO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂上的选择性催化氧化过程的反应存在两种途径。在低温段,氨氧化的过程可以遵循-NH机理,但不是主要的氨氧化途径。在温度高于300 ^oC的条件下,氨氧化开始遵循iSCR机理,是主要的氨选择性催化途径。Hg⁰在IrO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂上的催化氧化过程可能存在两种不同的反应途径。第一种反应机理是化学吸附-活性再生机理,首先零价汞被吸附到催化剂表面,并被化学吸附氧氧化成HgO。部分HgO能够脱附回到气相中,使催化剂表面的吸附活性位点得到再生。而当气相中存在HCl时,吸附的HCl能够与生成的HgO反应生成更容易脱附到气相中的HgCl₂,因此HCl的存在能够加速催化剂表面吸附活性位点的再生,最终导致Hg⁰的催化氧化效率得到显著提升。第二种可能的反应机理是Deacon反应,首先吸附的HCl在催化剂表面被氧化成活性Cl原子。当Hg⁰不存在时,活性Cl原子能够相互结合生成Cl₂,并脱附到气相中。当气相中的Hg⁰被吸附到催化剂表面时,其可以与表面上已经生成的活性Cl反应生成HgCl₂并释放回气相中。两种反应途径的主要区别在于吸附的Hg⁰或HCl被催化剂上的活性物质氧化,而这两种氧化过程都会因IrO₂的负载改性而得到显著的促进。2.通过PVP溶胶凝胶法制备的RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂对逃逸氨和零价汞都具有良好的催化氧化活性,且具有良好的抗SO₂中毒性。NO_x能够促进NH₃的去除,SO₂对NH₃的选择性催化氧化具有双面性的影响。NH₃在RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂上的选择性催化氧化过程遵循iSCR途径。即首先吸附在催化剂表面的NH₃在活性氧作用下进行了脱氢活化反应生成中间产物NH₂,NH₂再进一步与活性氧反应生成HNO。随后,HNO进一步被氧化生成吸附在表面的NO,NO脱附可生成气相NO。生成的NO可以与NH₂反应生成N₂,并可能生成一定量的N₂O作为副产物。而对于Hg⁰去除,HCl处理能够显著提升催化剂对Hg⁰的吸附作用,Hg⁰吸附饱和的催化剂在经过HCl的处理后对Hg⁰的吸附能力能够得到再生。同时,HCl的处理过程与O₂的存在与否并无关联,无论在有或无O₂的情况下,HCl处理都能够显著增强催化剂对零价汞的吸附能力。Hg⁰在RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂上的催化氧化过程可以包括两个独立的步骤:化学吸附过程和活性再生过程。3.通过本研究设计的SeO₂负载中毒方法对RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）多效催化剂进行负载中毒,SeO₂的附着率在15-20%左右,得到的催化剂Se含量为1.27%-3.55%。SeO₂中毒对NH₃在RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂上的选择性催化氧化过程具有明显的抑制。SeO₂中毒同时会使NH₃氧化产物的N₂选择性有所下降。SeO₂中毒能够促进NH₃在催化剂表面的吸附,但会抑制NO的吸附。SeO₂中毒会严重抑制中间产物-NH₂被氧化为NO的过程,最终导致SeO₂中毒催化剂对NH₃的催化活性下降。SeO₂中毒同样会抑制RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂对Hg⁰的催化氧化活性。但是相对于对NH₃的抑制作用,相同的Se含量下,对Hg⁰催化氧化过程的抑制效果较弱。SeO₂中毒减弱催化剂的氧化能力,导致SeO₂中毒催化剂对Hg⁰的化学吸附过程要弱于新鲜催化剂。另外,Hg⁰通过Deacon反应产生的活性氯氧化的途径被SeO₂削弱。4.通过密度泛函理论对Hg⁰在RuO₂（110）晶面上的催化氧化过程进行了计算。首先建立了RuO₂（110）晶面模型,并通过计算得到了的反应过程的中间形态M1-M8的几何结构。同时对M1-M8结构中的关键原子进行了Hirshfeld电荷分布进行了计算,显示了在整个M1-M8的反应过程中关键原子的电荷变化情况。对Hg原子和HCl分子在催化剂表面的吸附过程的吸附能量进行了计算,Hg原子以及两个HCl分子对应的吸附能分别为-0.44 eV,-1.10 eV,-0.39 eV。Hg原子和HCl分子吸附前后的态密度图显示,Hg原子的s、p、d轨道都参与了与催化剂的相互作用,而HCl分子是由s、p电子轨道参与了与催化剂的作用。利用过渡态搜索功能,得到了两个反应过渡态TS1和TS2的几何结构,其对应的活化能分别为0.76 eV和0.88 eV。最后,对反应生成的HgCl₂的脱附过程进行了计算。本论文制备了RuO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）和IrO₂/Ce_0.6Zr_0.4O₂（PVP）催化剂,对逃逸氨和零价汞在不同条件下都具有高效的催化氧化活性,并表现出优异的抗中毒性能,能够实现氨氧化、汞去除、脱硝的协同控制目的。