中国经济高速发展带来的能源需求日益迫切。煤炭燃烧作为一种成熟的能源获取手段,短期内无法被取代,由此带来的氮氧化物、硫氧化物、重金属污染等问题日益严重。燃煤中的汞元素经过燃烧过程绝大部分以气态单质汞(Hg0)存在于烟气中,并难以被现有的空气污染净化设施直接去除。将Hg0转化为易于捕集的Hg2+是当前研究的重点。SCR单元虽然能够将一部分Hg0氧化为Hg2+,但其脱汞效率受到烟气中HCl浓度以及NH3-SCR反应的制约。基于Fast-SCR技术理论,本研究提出在SCR单元前端设置一个前置催化氧化(Pre-SCO)单元,即在前置SCO条件下完成Hg0的强化脱除以及NO的部分氧化,同时促进SCR效率的提升,可以有效解决上述问题。前置SCO强化脱汞脱硝技术为燃煤烟气汞污染控制提供了新思路,具有重要意义。本研究开发了 CoOx-MnOx/Ti-Ce催化剂用于Hg0和NO的同步催化氧化。实验结果表明,Co3+/Co2+、Mn4+/Mn3+、Ce4+/Ce3+以及表面氧物种参与了 Hg0和NO的催化氧化反应。Co、Mn和Ce之间可能存在的协同作用进一步促进了催化氧化性能。O2能够再生因Hg0的氧化而消耗的化学吸附氧及晶格氧,进而促进氧化反应的进行。SO2对Hg0的氧化呈现抑制作用。NO对Hg0的氧化存在些许促进作用。H20会吸附在催化剂表面的活性位点上进而阻碍Hg0与催化剂的界面反应,引起Hg0氧化效率的降低。NO的氧化相比Hg0的氧化更容易受到烟气中SO2组分的影响。无HCl条件下,Co12Mn5/TiCe20催化剂对Hg0和NO同步催化氧化的适宜温度区间为30℃左右。以Co12Mn5/TiCe20催化剂作为前置SCO催化剂使用可能需要向烟气中添加少量的HCl或NH4Cl来提升气态单质汞在较高温度条件下的氧化效率。为提高催化剂在无HCl及低浓度HCl条件下对Hg0的氧化效率,以CuCl2对CoOx/Ti-Ce催化剂进行改性,开发了 CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂。在300-380℃温度范围内,其Hg0催化氧化效率>95%。CuCl2组分主要促进了 Hg0氧化效率的提升。Hg0的氧化和NO的氧化分别发生在CuCl2活性位上和CoOx活性位上。催化剂表面CuCl2活性位点和CoOx活性位点的均匀分散有利于Hg0和NO的催化氧化。7%为CuCl2的最佳负载量。Hg0与CuCl2中的Cl反应,活性Cl不断被消耗。CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂借助低浓度的HCl可以实现对Hg0的持续催化氧化。500ppmSO2对Hg00的氧化没有产生明显负面作用,NO的氧化受到明显抑制。当S02的浓度增加到2000ppm,Hg0的氧化效率则大幅降低。高浓度SO2条件下,更多的SO2分子会进入到催化剂体相,越来越多的活性位点被占据并完全被硫酸盐覆盖而导致催化剂的失活。其次研究了 CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂的抗硫特性并以Mo对其进行了改性研究。中低浓度的SO2并不会很快使催化剂中的活性Cl组分完全损失,其保留了对Hg0的有效氧化能力。S02与催化剂的相互作用在其表面生成了 S042-物种,增强了催化剂的Lewis酸性,其在一定程度上促进了 Hg0的吸附氧化。Mo的添加可以限制CoOx/Ti-Ce催化剂表面CoOx的结晶度。Co与Mo相互作用促进了Co2+含量和化学吸附氧含量的提升,同时提升了催化剂的氧化还原性能。Mo的添加抑制了 SO2与CoOx/Ti-Ce催化剂的反应,进而阻碍了表面硫酸盐的生成,从而提升了催化剂的抗硫性能。最后分别对CoOx-MnOx/Ti-Ce以及CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂催化氧化Hg0的机理以及动力学特性展开了针对性研究。CoOx-MnOx/Ti-Ce催化剂表面的Hg0催化氧化反应遵循Langmuir-Hinshelwood机制,即烟气中的HCl和Hg0吸附到催化剂表面形成吸附态的HCl(ads)和Hg0(ads),然后相互反应得到HgCl2。烟气中的HCl浓度越高,Hg0的氧化效率越高。CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂上Hg0的催化氧化遵循Mars-Maessen机制。气态单质汞与催化剂上的CuCl2活性位碰撞并与其活性Cl反应得到HgCl2。活性Cl的消耗可以通过烟气中的HCl在O2的协助下来弥补。CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂对Hg0的催化氧化速率与模拟烟气中的Hg0浓度正相关,而与HCl浓度以及O2浓度无关。Hg0的催化氧化效率不依赖于HCl浓度。因此,CuCl2-CoOx/Ti-Ce催化剂相比CoOx-MnOx/Ti-Ce催化剂更适合在低氯条件下完成Hg0的催化氧化。