張安超，張洪良，宋 軍，盛 偉，鄭雯雯 （河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，河南 焦作 454003）

Mn-Co/MCM-41吸附劑表征及脫除煙氣中單質(zhì)汞研究

張安超，張洪良*，宋 軍，盛 偉，鄭雯雯 （河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，河南 焦作 454003）

針對燃煤煙氣中單質(zhì)汞（Hg0）不溶于水而頗難去除的問題，采用浸漬法制備了不同Mn和Co物質(zhì)的量比的Mn-Co/MCM-41介孔分子篩吸附劑，在固定床實驗臺架上考察了各吸附劑的脫汞效率.采用N2吸附/脫附、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、H2程序升溫還原（H2-TPR）和X射線光電子能譜（XPS）等技術(shù)對吸附劑進行了物理化學(xué)性質(zhì)表征.結(jié)果表明:Mn和Co復(fù)合后，吸附劑的脫汞效率顯著提高.Mn/Co物質(zhì)的量比為3/1時，吸附劑的脫汞效率最高，反應(yīng)溫度為150℃時，其脫汞效率高達90%.與單一組分Mn或Co負載MCM-41吸附劑相比，Co的摻雜不但使Mn和Co在MCM-41上的分散更均勻，還會促進Mn3+和Mn2+向Mn4+的轉(zhuǎn)化和提高吸附劑的還原特性，增強吸附劑的脫汞性能.

錳；鈷；MCM-41分子篩；脫汞

大氣環(huán)境中的汞污染是全球性問題，已在世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注，而燃煤煙氣汞排放己成為第一人為汞污染源.王起超等［1］研究表明:我國煤炭的平均含汞量約為0.22mg/kg.目前我國燃煤量和汞排放量均居世界首位［2］.由于汞的揮發(fā)性、持久性、嚴重危害性和全球污染性，世界各國均高度重視燃煤電廠大氣汞污染問題［2］.2013年1月19日，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署正式宣布:超過130個國家的代表團在瑞士日內(nèi)瓦就全球第一部限制汞排放的國際公約—《國際防治汞污染公約》達成一致.我國于2012年1月1日實施的《火電廠大氣污染物排放標準》要求:2015年1月1日起燃煤鍋爐汞及其化合物污染物排放限度為0.03mg/m3［3］.

燃煤煙氣中的汞主要以3種形式存在:單質(zhì)汞（Hg0）、二價汞（Hg2+）和顆粒態(tài)汞（Hgp）.Hg2+和Hgp易被現(xiàn)有的污染物控制裝置如靜電除塵器（ESP）和濕法脫硫裝置（WFGD）去除.與Hg2+和Hgp相比，Hg0易揮發(fā)且不溶于水，很難從煙氣中去除［4-6］.

目前，已有許多關(guān)于燃煤煙氣中Hg0脫除方法的研究.諸多方法中，過渡金屬氧化物因價格低廉、效率高、制備方法簡單等優(yōu)點，被廣泛認為是傳統(tǒng)Hg0吸附劑的新型替代品［4］.近年來，過渡金屬氧化物吸附劑/催化劑已在煙氣脫硝［7］、脫汞

［4，8-10］和其他催化氧化領(lǐng)域［11-12］得到深入研究. Ji等［13］以CO為還原劑，發(fā)現(xiàn)MnOx/TiO2催化劑不但具有較強的Hg0吸附能力，還具有較高的低溫SCR脫硝效率.Li等［14］發(fā)現(xiàn)MnOx/Al2O3在低溫下（100～200℃）對Hg0具有良好的催化氧化活性；摻雜Mo后，MnOx顆粒的分散度和抗硫性大幅提高.Liu等［15］采用溶膠-凝膠法制備了Co/TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)在120～330℃范圍內(nèi)，Hg0的氧化效率高達90%，但需要HCl氣體參與反應(yīng).李劍峰等［16］將Cu、Fe、Mn、Co和Zr等負載于Al2O3上，發(fā)現(xiàn)在無HCl參與的情況下，CoOx對Hg0的吸附效果最好.以上研究表明，單一Mn或Co氧化物對Hg0均具有較強的脫除能力.近期研究［7，12，17］表明，與單一Mn或Co氧化物相比，Mn和Co復(fù)合氧化物具有更優(yōu)越的催化氧化活性.Li等［12］研究了不同Co/Mn比的催化劑對甲烷的催化氧化行為，發(fā)現(xiàn)Co/Mn比率對催化劑的性能影響較大.Tian等［17］發(fā)現(xiàn)對于Co3-xMnxO4催化劑，當(dāng)x=0.34時催化劑對乙炔和丙烷的氧化活性最佳.另外，研究還發(fā)現(xiàn)，負載型復(fù)合金屬氧化物可以有效地避免催化劑制備過程中的燒結(jié)現(xiàn)象，提高活性組分在載體表面的分散度，進而提高催化劑的性能［7］.但目前采用負載型Mn和Co復(fù)合氧化物吸附劑/催化劑開展Hg0脫除的報道尚不多見.

介孔分子篩MCM-41自1992年由Kresge等［18］合成以來，因其獨特的孔道結(jié)構(gòu)和表面特性已在高效吸附劑/催化劑載體方面顯示出其他微孔分子篩所不具備的優(yōu)越性，在吸附/催化領(lǐng)域具有很高的研究價值［19］.但迄今在燃煤煙氣脫汞領(lǐng)域的報道頗少.

基于以上討論，本研究采用浸漬法合成了系列錳鈷負載MCM-41介孔分子篩吸附劑，考察了不同Mn和Co摻雜量吸附劑的脫汞效率，通過N2吸附/脫附、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、H2程序升溫還原（H2-TPR）和X射線光電能譜（XPS）等實驗技術(shù)對吸附劑物化性質(zhì)進行分析，建立吸附劑的構(gòu)效關(guān)系.

1 實驗部分

1.1 吸附劑制備

采用浸漬法制備Mn和Co負載MCM-41介孔分子篩吸附劑，具體過程如下:按計量取一定量的Mn（NO3）2溶液或/和Co（NO3）2·6H2O溶解在40mL去離子水中，磁力攪拌20min后，加入10gMCM-41（南京先豐納米材料科技有限公司），均勻攪拌2h后于60℃水浴鍋中靜置8h；將上述溶液置于烘箱中110℃下干燥24h，之后空氣氛圍下400℃煅燒6h，冷卻后研磨、壓片、篩分至40～60目，所得吸附劑記為Mn/MCM-41、Co/MCM-41和MnxCoy/MCM-41（其中Mn或/和Co的負載量定為10%（w），x/y表示Mn/Co物質(zhì)的量比，依次定為3/1、1/1和1/3）.

1.2 表征方法

N2吸附/脫附分析在貝士德儀器科技（北京）有限公司的3H-2000PS2型比表面及孔徑分析儀上完成.測試前樣品先于200℃下進行真空脫氣預(yù)處理2h，在液氮溫度（-196℃）下測定其N2吸附/脫附特性.

X射線衍射（XRD）分析在德國布魯克D8Advance型X射線衍射儀上進行，測定條件為Cu Kα，所加電壓和電流分別為40kV和40mA，掃描步幅為0.02°，掃描區(qū)域分別為0.5～10°和10～80°.

透射電子顯微鏡（TEM）和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）測試在美國FEI公司的Tecnai G20型高分辨透射電子顯微鏡上完成.

氫氣程序升溫還原（H2-TPR）實驗在美國Micromeritics公司AutoChem II 2920型程序升溫儀上完成，實驗前樣品在Ar氛圍下200℃預(yù)處理2h，樣品用量為100mg，還原組分為15%H2與85%Ar，氣流量為40mL/min，升溫速率為10℃/min，TCD檢測耗氫量，升溫區(qū)間為50～800℃.

X射線光電子能譜（XPS）分析在美國Thermo Fisher Scientific公司的ESCALAB 250XI型X射線光電子能譜儀上進行，X射線激發(fā)源為Al Kα（hv=1486.6eV），能量分析器固定透過能為30eV，以C 1s結(jié)合能284.6eV為內(nèi)標.采用XPS Peak 4.1軟件進行XPS譜圖分峰處理.

1.3 活性測試

吸附劑活性評價實驗在小型固定床反應(yīng)器中完成，其具體方法見文獻［20］.模擬煙氣總流量為1L/min，通過汞滲透管的高純N2為0.2L/min.模擬煙氣由N2、O2、CO2、SO2、NO、HCl和H2O組成，其中N2、O2和CO2為基本煙氣成分（BL）.無特殊說明時，O2和CO2的體積含量分別為8%和12%，吸附劑用量為200mg，空速（GHSV）約為100，000h-1，反應(yīng)時間為1h，進口Hg0濃度為55±2μg/m3.反應(yīng)前后Hg0濃度采用WCG-222在線測汞儀（吉林市北光分析儀器廠）進行在線記錄.采用美國EPA推薦的Ontario Hydro方法研究表明，實驗尾氣中Hg2+的含量頗少.Xie等［10］采用SnCl2溶液還原脫汞尾氣，并利用測汞儀再次檢測發(fā)現(xiàn):從固定床出來的廢氣中Hg2+濃度幾乎可以忽略.因此，Hg0濃度的降低為吸附反應(yīng)所致.各吸附劑對Hg0的脫除效率η（%）和單位吸附劑對Hg0的吸附量Q（μg/g）為:

式中:Ci和Co代表反應(yīng)器進出口Hg0濃度，μg/m3；m為所用吸附劑質(zhì)量，g；V為氣體流量，m3/min；t表示吸附劑80%穿透所用時間，min.

2 結(jié)果與討論

2.1 N2吸附/脫附分析

比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)是影響Hg0吸附和氧化的重要因素之一，較高的比表面積和發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)可增加吸附劑與Hg0的接觸面積和使Hg0快速擴散.由表1可知，MCM-41介孔分子篩的比表面積和總孔容積分別高達749.58m2/g和0.809cm3/g.負載10%（w）的Mn、Co后，吸附劑的比表面積、總孔容積和微孔容積均出現(xiàn)了不同程度的降低.就Mn3Co1/MCM-41來說，其比表面積減小至700.49m2/g，總孔容積和微孔容積分別降低至0.765cm3/g和0.290cm3/g，表明MnOx和Co3O4已成功負載在MCM-41上.與Mn/MCM-41相比，隨著Mn/Co比例的增加，吸附劑的比表面積和微孔容積均發(fā)生了增加，且當(dāng)Mn/Co物質(zhì)的量比為3/1時，其比表面積和微孔容積最大，其原因可能為Mn和Co復(fù)合后，它們在MCM-41介孔分子篩上的分散更加均勻.

表1 樣品的孔結(jié)構(gòu)特征Table 1 Pore structure parameters of the samples

圖1為錳鈷負載MCM-41前后的N2吸附/脫附等溫線和孔徑分布.由圖1A知，MCM-41及其負載吸附劑均在相對壓力P/P0=0.3～0.5范圍有一突躍，且伴有滯后環(huán)，屬于典型的IV型等溫線，該滯后環(huán)是由介孔內(nèi)的毛細管凝聚引起的.由圖1B可以看出，樣品的孔徑分布均集中在3nm左右，屬于介孔孔徑分布范圍，表明改性得到的樣品亦具有均勻的介孔孔道.圖1中各N2吸附/脫附等溫線和孔徑分布變化不大，表明改性后MCM-41的孔道結(jié)構(gòu)未被金屬氧化物阻塞.

2.2 XRD分析

由圖2A可知，4個樣品均在2θ=2.1°、3.3°和3.9°處存在3個特征衍射峰，其中2.1°處的主峰對應(yīng)MCM-41六方形排列孔道的（100）面，3.3°和3.9°分別對應(yīng)（110）面和（200）面［21］，這與MCM-41典型的特征衍射峰基本一致，表明負載得到的吸附劑仍具有介孔結(jié)構(gòu)，這與N2吸附/脫附結(jié)果一致.

圖1 樣品的N2吸附/脫附等溫線和孔徑分布曲線Fig.1 N2-adsorption/desorption isotherm and pore size distribution of the samples

由圖2B知，各樣品均在2θ=23°處出現(xiàn)一特征衍射峰，該峰為MCM-41中SiO2的無定型特征衍射峰.負載Mn、Co后，SiO2的無定型特征衍射峰均發(fā)生了不同程度的變寬和變?nèi)?，表明負載金屬氧化物后，MCM-41的介孔有序結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下降［21］.雖然Mn的負載量高達10%（w），但Mn/ MCM-41的XRD譜圖上并未發(fā)現(xiàn)MnOx的特征衍射峰，表明MnOx高度均勻地分散在MCM-41表面或介孔孔道內(nèi)，沒有形成完整的晶相.對于Co/MCM-41吸附劑，在2θ=31、37、45、59和65°處可以明顯的看到Co3O4（JCPDS 43-1003）的特征衍射峰［7］.但其峰型彌散，說明其結(jié)晶度較低［15］.如圖2B中d所示，Mn3Co1/MCM-41中未出現(xiàn)MnOx和Co3O4的特征衍射峰，表明Mn和Co氧化物在MCM-41載體上的負載較均勻，且顆粒較小.隨著Co負載量的增加，Co3O4的特征衍射峰逐漸顯現(xiàn)并增強，表明Co3O4的結(jié)晶度和顆粒尺寸在逐漸增大.

圖2 樣品的小角和廣角XRDFig.2 XRD patterns with small angle and wide angle of the samples

2.3 TEM和HRTEM分析

為直觀了解負載前后MCM-41的微觀結(jié)構(gòu)和金屬氧化物的分布情況，采用透射電子顯微鏡（TEM）和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）對樣品進行研究，其結(jié)果如圖3所示.由圖3a可以看出，MCM-41呈現(xiàn)明暗均勻的孔狀結(jié)構(gòu)，表明其明顯的方形排列介孔結(jié)構(gòu).經(jīng)Mn或Co改性后，樣品的介孔結(jié)構(gòu)變差，其中Co/MCM-41的表現(xiàn)尤為突出，這與Co/MCM-41中鈷氧化物的結(jié)晶度較高一致.由圖3d知，Mn3Co1/MCM-41的介孔結(jié)構(gòu)保持較好，可能與Mn和Co復(fù)合后鈷氧化物的分布更加分散有關(guān)，這與N2吸附/脫附和XRD分析結(jié)果一致.在圖3e～g中，觀察到0.35nm和0.47nm兩種晶格間距，分別代表MnO2的（002）晶面［22］和Co3O4的（111）晶面［23］，說明吸附劑中MnOx和Co3O4分散良好和顆粒較小.

圖3 樣品的TEM和HRTEMFig.3 TEM and HRTEM images of the samples

2.4 H2-TPR分析

圖4為MnxCoy/MCM-41吸附劑的H2-TPR.由圖4可知，400℃煅燒后，MCM-41中不存在易被H2還原的物質(zhì).Mn/MCM-41在304和385℃處出現(xiàn)兩個明顯的還原峰，在550℃處出現(xiàn)一個肩峰，對應(yīng)吸附劑中MnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO的還原過程［24］.Co/MCM-41在250～800℃范圍內(nèi)出現(xiàn)三個還原峰，其中380℃處的第一個還原峰為Co3O4→CoO的還原，430℃處的第二個還原峰為CoO→Co0的還原，550～800℃之間的還原峰對應(yīng)Co-Si物種的還原［24］.隨著Co摻雜量的增加，Mn和Co復(fù)合氧化物也出現(xiàn)了3個明顯的還原峰，且還原峰均向高溫方向推移，表明Mn、Co與載體MCM-41之間的反應(yīng)有所增強.另外，對比發(fā)現(xiàn)，與其他吸附劑相比，Mn3Co1/MCM-41的第一個還原峰具有較大的還原面積，且其起始還原溫度大大降低（約為200℃），表明該吸附劑存在較多的易還原物質(zhì).研究表明［11］，還原物質(zhì)的增加表明氧化活性的提高.

圖4 樣品的H2-TPRFig.4 H2-TPR profiles of the samples

2.5 XPS分析

圖5給出了3種吸附劑中Mn 2p、Co 2p和O 1s的XPS譜圖.由圖5知，Mn 2p3/2和Mn 2p1/2峰分別位于642.5eV和654.1eV處，其自旋軌道分裂能差ΔE（2p1/2-2p3/2）約為11.6eV，說明錳以Mn4+、Mn3+和Mn2+的混合形式存在［25］.Co摻雜后，Mn4+的含量由40.8%增加至47.6%，表明Co的摻雜促進Mn由低價態(tài)（Mn3+和Mn2+）向高價態(tài)（Mn4+）轉(zhuǎn)化.研究表明［13-14］，Mn4+的氧化性更強，它對Hg0具有較強的氧化能力.

圖5中Co 2p峰由有兩部分組成，其中781.2eV處的峰為Co 2p3/2，796.8eV處的峰為Co2p1/2，其自旋軌道分裂能差值為15.6eV，這與文獻［26］中報道的Co3O4相符.另外，Co 2p兩主峰的高結(jié)合能處還出現(xiàn)了震激伴峰，說明Co/MCM-41吸附劑上還存在CoO；與主峰相比，該震激伴峰強度較弱，表明CoO含量較少.

圖5 樣品Mn 2p、Co 2p和O 1s的XPSFig.5 Mn 2p， Co 2p and O 1s XPS spectra of the samples

MCM-41的主要成分為硅氧化物，因此，圖5中O 1s峰由3部分組成，即Si-O-Si構(gòu)架中的O（532.6eV）、物理吸附態(tài)OH官能團和化學(xué)吸附態(tài)H2O中的O（535.5eV）［27］、負載金屬氧化物中的O（529.9eV）［25］.由圖5知，各吸附劑中O均以Si-O-Si環(huán)境為主.對比發(fā)現(xiàn)，負載Mn、Co后，吸附劑中其他兩種O含量有所增強，表明該吸附劑中吸附態(tài)氧和負載金屬氧化物氧的含量較高，這將有利于單質(zhì)汞的氧化.

2.6 活性評價結(jié)果

圖6為基本煙氣成分（BL）下，不同吸附劑對Hg0的脫除效率.可以看出，反應(yīng)溫度為50℃時，MCM-41的脫汞效率（η）約為20%；250℃時，η僅為4%.由于MCM-41比表面積較大（約為750m2/g），該效率應(yīng)為物理吸附所致.Mn、Co負載后，η大幅提高.隨著反應(yīng)溫度的提高，η的總體趨勢為先增加后減小.隨著Mn/Co物質(zhì)的量比的增加，η亦是先增加后減小.負載量為10%（w）時，其最佳Mn/Co物質(zhì)的量比為3/1.150℃時，η高達90%.50℃時，Mn/MCM-41的脫汞效率最高，這可能與MnOx在MCM-41上高度分散有關(guān).

圖6 不同吸附劑對Hg0的脫除效率Fig.6 Hg0removal efficiency by different adsorbents

另外，由表1知，負載MnOx和Co3O4后，各吸附劑的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)變化不大，負載前后吸附劑的物理特征與脫汞活性沒有明顯的相關(guān)性，說明Mn-Co/MCM-41較高的脫汞效率以化學(xué)吸附為主.一般地，反應(yīng)溫度越高，化學(xué)反應(yīng)的能壘越小，化學(xué)反應(yīng)越容易進行［28］.然而，當(dāng)反應(yīng)溫度高于150℃時，吸附劑的η又開始降低，這也表明Mn-Co/MCM-41對Hg0的脫除以化學(xué)吸附為主［28］，吸附劑中MnOx和Co3O4對Hg0的脫除遵循Mars-Maessen機理［4，8］:

式中:M表示Mn或（和）Co；≡O(shè)表示過渡金屬氧化物的晶格氧或吸附態(tài)氧.

基本煙氣成分下，80%穿透時各吸附劑對Hg0的吸附量如圖7所示，可以看出，與圖6結(jié)果一致，雖然有較高的比表面積，但MCM-41對Hg0的吸附量頗少（僅為3.0μg/g）.負載Mn或Co后，其吸附量分別約為95.5或62.0μg/g.與Co/ MCM-41相比，Mn和Co復(fù)合負載后，其吸附量均有所提高，且當(dāng)Mn與Co物質(zhì)的量比為3/1時，其吸附量最高.

圖7 不同吸附劑對Hg0的吸附量Fig.7 Hg0capacities of different adsorbents

由圖8可以看出，空速越低，η越高.反應(yīng)溫度為50℃時，當(dāng)空速由100，000h-1降低至25，000h-1時，η由62%增加至95%，這是因為較高的空速會降低吸附劑與Hg0的接觸時間，Hg0還未充分與吸附劑反應(yīng)就已經(jīng)逃逸.圖8還表明，在較低空速和低溫度下（＜200℃），Mn3Co1/MCM-41吸附劑具有較高的脫汞效率.

圖8 空速對Hg0脫除效率的影響Fig.8 Effect of GHSV on Hg0removal efficiency

燃煤煙氣的組分，尤其是O2、HCl、SO2、NO和H2O均會顯著影響吸附劑/催化劑的脫汞性能.一般地，O2和HCl會促進吸附劑/催化劑的脫汞效率；SO2和NO對吸附劑/催化劑脫汞的影響具有不確定性（或促進或抑制）.圖9為150℃時不同氣氛下Mn3Co1/MCM-41對Hg0的脫除效率.由圖知，N2條件下，吸附劑的脫汞效率約為22%.當(dāng)加入8%的O2后，脫汞效率增加至約90%，這是因為脫汞過程中消耗的晶格氧易被通入的O2補充而恢復(fù)活性，其反應(yīng)機理如公式（3）～（6）所示.基本煙氣氛圍（BL）下，HCl的添加亦可以促進吸附劑對Hg0的脫除.Qiao等［9］發(fā)現(xiàn)錳基催化劑中HCl的存在可以促進Hg0轉(zhuǎn)化為HgCl2.

圖9 煙氣成分對Mn3Co1/MCM-41脫汞效率的影響Fig.9 Effect of flue gas composition on Hg0removal efficiency by Mn3Co1/MCM-41

圖9表明，SO2會明顯抑制Hg0的脫除.當(dāng)加入2800mg/m3的SO2后，脫汞效率η僅為12%.其原因可能有兩方面:一是SO2分子由極性鍵組成V型結(jié)構(gòu)，具有較強的極性，與Hg0相比，吸附劑對SO2的吸附能力更強；二是SO2易被金屬氧化物氧化成SO3，并生成熱穩(wěn)定性良好的硫酸鹽，引起吸附劑活性位大大減少［8］.研究表明［20］:N2氛圍下，NO對Hg0的脫除具有明顯的促進作用.在吸附劑作用下，NO與O2反應(yīng)產(chǎn)生NO2，NO2與Hg0反應(yīng)生成HgO或Hg（NO3）2.但產(chǎn)生NO2的過程將消耗吸附劑表面的活性氧，因此，即使有O2的協(xié)助，NO對Hg0的脫除仍呈現(xiàn)微弱的抑制作用，這與陳玲等［8］的研究一致.圖9還表明，由于H2O與Hg0發(fā)生競爭吸附的原因，H2O的添加降低了吸附劑的脫汞效率，但降低的幅度并不明顯，該吸附劑仍具有約60%的脫汞效率.鑒于少量HCl參與下，Mn3Co1/MCM-41良好的脫汞活性，下一步將深入研究模擬煙氣成分下Mn3Co1/MCM-41吸附劑的脫汞活性及其長效脫汞性能.

3 結(jié)論

3.1 負載MnOx和Co3O4后，各吸附劑的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)變化不大，負載前后吸附劑的物理特征與脫汞活性沒有明顯的相關(guān)性.Mn、Co均勻的分散在MCM-41介孔分子篩上；復(fù)合氧化物吸附劑仍具有介孔結(jié)構(gòu)，但其介孔有序結(jié)構(gòu)出現(xiàn)降低.

3.2 Co摻雜促進Mn由低價態(tài)（Mn3+和Mn2+）向高價態(tài)（Mn4+）轉(zhuǎn)化；Mn3Co1/MCM-41存在較多的易還原物質(zhì)，還原物質(zhì)的增加有利其氧化活性的提高.

3.3 經(jīng)Mn、Co負載后，Mn-Co/MCM-41吸附劑的脫汞效率均大幅提高.隨著反應(yīng)溫度的增加，吸附劑的脫汞效率先增加后減小.隨著Mn/Co物質(zhì)的量比的增加，脫汞效率亦是先增加后減小，其最佳物質(zhì)的量比為3/1.在較低空速和低溫度下（＜200℃），Mn3Co1/MCM-41吸附劑具有高達95%的脫汞效率.下一步將深入研究模擬煙氣下Mn3Co1/MCM-41吸附劑的脫汞活性及其長效脫汞性能.

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Characterization and performance of Mn-Co/MCM-41 for elemental mercury removal from simulated flue gas.

ZHANG An-chao， ZHANG Hong-liang*， SONG Jun， SHENG Wei， ZHENG Wen-wen （School of Mechanical and Power Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454003， China）. China Environmental Science， 2015，35（5）：1319～1327

Aiming at the difficulty of Hg0removal from flue gas due to its indissolubility in water， a series of studies on the performance of elemental mercury （Hg0） removal from simulated flue gas were carried out with a laboratory-scale fixed-bed reactor using the Mn-Co/MCM-41 mesopore molecular sieve prepared by the wet impregnation method. The adsorbents were characterized by a variety of techniques such as N2adsorption/desorption， X-ray diffraction （XRD），transmission electron microscopy （TEM）， high-resolution transmission electron microscopy （HRTEM）， hydrogen gas temperature-programmed reduction （H2-TPR） and X-ray photoelectron spectra （XPS）. The results showed that the additions of Mn and Co significantly enhanced the efficiency of Hg0removal. With a Mn/Co molar ratio of 3/1， the Hg0removal efficiency reached as high as 90% at 150℃. Compared with the single Mn or Co supported MCM-41 adsorbent，the presence of Co could not only lead to better dispersions of Mn and Co over MCM-41， but also promote the conversion of Mn3+and Mn2+to Mn4+and the reduction abilities of Mn-Co/MCM-41 adsorbents， which would play important roles in promoting Hg0removal.

manganese；cobalt；MCM-41 molecular sieve；mercury removal

X511

A

1000-6923（2015）05-1319-09

張安超（1981-），男，河南開封人，副教授，博士，主要從事燃煤煙氣污染物控制技術(shù)研究.發(fā)表論文30余篇.

2014-10-10

國家自然科學(xué)基金項目（51306046）；河南省自然科學(xué)基金項目（12A470003）；河南理工大學(xué)青年骨干教師項目（YBT2013004）

* 責(zé)任作者， 講師， zhanghl@hpu.edu.cn