SO₂是主要的大气污染物之一,目前以湿法脱硫为主的工艺存在投资和操作费用大,产生二次污染等诸多缺点。采用直接催化还原SO₂为单质硫的工艺过程不仅可以消除SO₂污染,而且可以回收单质硫。本文重点对CO还原SO₂为单质硫的催化剂进行研究。首先对具有不同载体和活性组分的催化剂进行考察,发现Fe含量为20%的Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂具有最好的催化性能。在最佳的反应条件下,采用比表面积448 m²/g的γ-Al₂O₃为载体,在反应温度300℃时即可获得99.98%的SO₂转化率和99.27%的硫收率,这也是目前文献中报道的性能最好的催化剂之一。催化剂的活性物种FeS₂是在预硫化过程中形成的,通过对预硫化过程的详细研究,提出了以反应气为硫化剂的预硫化机理。为了进一步理解催化机理,我们采用SO₂-TPD、CO-TPSR和CO-TPR等表征手段并结合XRD对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的表面性质进行研究,发现:硫化后的催化剂表面形成了两种FeS₂物种:活泼的FeS₂物种和不活泼的FeS₂物种。活泼的FeS₂物种可在较低的温度下生成COS而不活泼的FeS₂物种只有在高温下才能生成COS。活泼的FeS₂物种是反应中的主要活性中心。我们还发现:La、Ce、Zr的添加增加了Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂上活泼FeS₂物种的数目,从而增强Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的活性。最后,本文首次将微波等离子体引入CO还原SO₂反应体系中,发现微波和催化作用的耦合大大降低了反应温度。即使没有催化剂的存在,在微波等离子体的作用下,碳也可以有效地还原SO₂。