汞由于其易挥发性,生物累积性,剧毒性及可在全球范围内传播的特点,已经受到了人们的广泛关注。美国,加拿大,中国等已经制定了严格的法律法规来限制燃煤电站汞的排放。在众多的汞排放控制技术中,最为高效经济的方法,是利用电厂的现有选择性催化还原(SCR)装置,将元素汞氧化为二价汞,并结合后续除尘和脱硫设备实现污染物的联合脱除。虽然矾基SCR催化剂已经在工业中投入使用,但是这一类催化剂仍然存在一些问题,如比表面积较低,反应温度区间较窄等。新型的SCR催化剂的开发,可以更高效的实现对氮氧化物和零价汞的联合脱除,在将来很有可能替代现有催化剂。因此,探索新型SCR催化剂上汞的催化氧化具有重要的学术价值和广阔的应用前景。本文首先使用改良浸渍法制备了CuO-MnO2-Fe2O3/γ-Al2O3(CMFA)催化剂,并在固定床实验台架上,对CMFA催化剂在模拟烟气条件下对Hg0的催化氧化效果进行了研究。研究结果表明,CMFA催化剂在300℃,模拟烟气条件下可以达到约80%的脱汞效率。持续多天的实验表明,催化剂的性能可以长时间保持稳定。有O2存在的条件下,HCl,NO,SO2均对反应具有促进作用。而在无O2条件下,NO仍然具有促进作用,SO2的作用不明显,而HCl与Hg0在催化剂表面产生了明显的竞争吸附行为。Hg0在CMFA催化剂上的氧化遵循Eley-Rideal机理,即HCl首先吸附在催化剂表面形成活性Cl,进而与气态的Hg0反应生成二价汞。尽管NH3的存在会抑制汞的氧化,但是在SCR装置的低氨区,NH3的影响可以被迅速消除,催化剂对Hg0的氧化效率可以得到迅速恢复。Hg0在CMFA催化剂上被氧化后,会以多种形态存在于催化剂表面。为确定CMFA催化剂上汞的化合物的赋存形态,本文使用程序升温热分解方法,研究了纯的汞的化合物的分解曲线,并与在不同烟气条件下处理过的CMFA催化剂的分解脱附曲线进行了对比。研究确认了反应中HgO,HgCl2,Hg(NO3)2和HgSO4的生成,并根据实验结果分析了相应的汞化合物生成的反应路径。结果表明,在模拟烟气全气氛条件下,HgCl2是主要的异相催化反应产物,同时可以在催化剂表面检测到少量HgO和HgSO4的生成。这一结论为研究SCR催化剂上Hg0的催化氧化机理提供了新的实验思路。动力学的研究可以用来深入的了解反应机理。Hg0在CMFA催化剂上的动力学实验结果表明,在烟气流速为2000ml/min,催化剂直径小于0.1mm的条件下,内外扩散对动力学实验的影响可以消除。Hg0的氧化速率对Hg0的反应级数为1,对HCl和O2的反应级数均为零。动力学的结果再次证明Hg0在CMFA催化剂上的氧化反应遵循Eley-Rideal机理。动力学的参数可以用来预测不同催化剂用量,不同烟气条件下汞的氧化效率,这为CMFA催化剂的工业化设计和应用奠定了基础。为进一步研究CMFA催化剂在实际燃煤烟气条件下的活性,本文在某200MW电厂锅炉尾部烟道,使用CMFA催化剂进行了脱硝和汞催化氧化实验研究,并与CuO/γ-Al2O3催化剂的性能进行了对比分析。NH3-TPD结果表明,催化剂表面富含的BrΦnsted和Lewis酸位,是其具有高活性的原因。H2-TPR结果表明,催化剂具有良好的氧化还原性能。催化剂最佳的反应温度段在300～400℃,在这一温度段可以达到超过80%的脱硝活性。催化剂用量减半并未对效率产生明显影响。最佳的氨氮比在1.0～1.2之间。CuO/y-Al2O3和CMFA分别可以达到40%和80%Hg0氧化效率。抗磨损实验和再生实验表明,催化剂可以承受燃煤烟气的持续冲刷,腐蚀,并且具有较长的生命周期。这一结论为进一步开发工业催化剂奠定了基础。鉴于低温SCR技术是目前的研究热点,论文使用溶胶凝胶法合成MnOx-CeO2/γ-Al2O3(MnCe)低温SCR催化剂,并在固定床实验台架上研究了催化剂对Hg0的催化氧化效率及温度、气氛、催化剂成分对效率的影响。结果表明,制备的MnCe催化剂在250℃可以达到超过80%的Hg0氧化效率。Ce的加入可以有效提高催化剂的SO2抗性,1200ppm浓度的SO2只使得催化剂的Hg0氧化效率下降约10%。NO和HCl在有氧和无氧条件下均促进Hg0的氧化。MnCe催化剂上的Hg0氧化主要遵循Langmuir-Hinshelwood机理,即HCl首先吸附在催化剂表面形成活性Cl,进而与邻近吸附位上吸附态的Hg0反应,生成氧化态的汞。NH3与Hg0在催化剂表面会产生竞争吸附,从而抑制了Hg0的氧化。