[发明专利]具有双活性中心的分子筛催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有双活性中心的分子筛催化剂及其制备和应用，所述分子筛催化剂包括：作为第一活性金属元素的Cu元素原位掺杂的SAPO型的分子筛基质；以及在所述分子筛基质表面或内部开孔中存在的包含第二活性金属元素的化合物，其中，所述分子筛基质的所述开孔的平均孔径为0.35nm～0.5nm，所述第二活性金属元素包括Mn、Fe、Co、Ce或Ni元素中的一种或多种。本发明提供的具有双活性中心的基于SAPO型分子筛的催化剂，在工业尾气处理过程中，不仅能够体现出脱硝的优异效果，同时(在没有HCl存在的条件下)，也能够有效脱除以往难以去除的汞单质。

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及火电厂、工业锅炉，钢铁烧结、垃圾焚烧等工业炉窑排放废气中汞的处理，特别涉及一种具有双活性中心的分子筛脱汞催化剂及其制备与应用。

背景技术

汞(Hg)是一种有毒有害元素。由于汞在环境中具有持久性、生物累积性和毒性，因此许多国家将其列为优先控制的污染物。人类活动向大气中排放的汞除了金属冶炼、水泥生产和垃圾焚烧的排放贡献外，大部分是由燃烧煤炭造成的。

在我国的一次能源结构中煤约占70％，中国对煤炭的消耗还在快速增长，预计2020年将会达到惊人的3037亿吨。而我国由于燃烧煤炭导致的汞污染也将愈发严重。燃煤排放到大气中的汞主要有三种形态：单质汞(Hg⁰)、二价汞(Hg²⁺)和颗粒吸附汞(Hg^p)。Hg^p易于捕集，而Hg²⁺具有较高的可溶性，随着湿法脱硫装置和布袋除尘装置的广泛安装，Hg²⁺和Hg^p的排放都可以得到有效控制。但是Hg⁰由于在水中的溶解度很低，且难以与大气中强氧化性成分发生化学反应，因此Hg⁰的高效脱除是燃煤烟气汞污染控制的关键。

对于Hg⁰的处理已经尝试了吸附法和催化氧化法。吸附法主要应用活性炭进行吸附，受温度影响较大，而且二次处理时容易产生飞灰，提高PM2.5。而催化氧化法由于其高效稳定，节省能源，氧化后生成的Hg²⁺易处理等原因，成为了学术界和工业界研究的重点。根据我国的具体国情和燃煤电站常规污染物控制的状况，利用燃煤电站现有的污染物控制装置脱汞是实现燃煤汞排控制比较经济可行的技术方法。研究发现SCR催化剂在促进氮氧化物还原的同时，对Hg⁰的氧化也有一定的促进作用。目前商用的钒基催化剂对烟气中气态零价汞的催化氧化效果十分有限，并且钒对人体和环境具有生物毒性，废弃催化剂难以处理和重复利用。

另外，在工业尾气处理方面，基于SAPO型分子筛的催化剂已经在尾气脱硝中进行了大量的探索。所谓SAPO型分子筛，最早是在1984年，美国联合碳化物公司(UCC)开发了系列由PO₂⁺、AlO₂^-和SiO₂四面体构成三维开放骨架结构的新型磷酸硅铝分子筛(SAPO-n)。Si原子通过取代方式进入中性磷酸铝骨架结构，使骨架产生净的负电荷，引起质子酸性，因而赋予SAPO分子筛催化性能。

目前而言，在尾气脱硝领域中，基于SAPO型分子筛的催化剂主要分为以下几类：

一类是通过模板剂将活性金属原位引入SAPO型分子筛，以获得具有额外反应活性的分子筛型催化剂。例如参考文献1涉及一种合成Cu-SAPO-34分子筛的方法及其用途。涉及的方法包括将使用铜胺络合物为模板剂合成的高Cu含量的Cu-SSZ-13分子筛作为Cu源和部分硅铝源及晶种，进行Cu-SAPO-34分子筛的合成。该方法不但可以在一定宽范围内控制SAPO-34分子筛中的铜负载量，还可以有效调控分子筛中的硅原子含量及其分布。所得到的Cu-SAPO-34分子筛催化剂表现出优异的水热稳定性和选择性还原脱除NO_x反应的催化性能。