一种单原子催化剂及其制备方法和在烟气中脱汞的应用与流程

本发明属于催化剂，具体为一种单原子催化剂及其制备方法和在烟气中脱汞的应用。

背景技术：

1、重金属汞(hg)是燃煤发电以及钢铁冶金等非电行业重要的大气污染物，严重威胁生态环境和人类健康。在传统烟气中，hg0为烟气中汞的主要排放形态。随着我国对环境保护的日益重视，环境保护部推出并实施《火电厂大气污染物排放标准(gb 13223-2011)》首次针对燃煤汞排放做出了限定，规定锅炉汞排放量限值为30μg/m3。此外，基于对大气污染物超低排放的需求，探索开发绿色环保、工业发展潜力大的脱汞技术具有重要的研究意义和工业价值。

2、目前在工业上应用最为广泛专门脱汞技术为活性炭吸附法，但因为活性炭吸附容量低、难以再生等缺点而导致脱汞成本高，亟待开发具有脱汞性能优越和抗硫好的催化剂。近年来，研究人员在脱汞催化剂领域开展了大量的研究，并获得了一系列成果。其中，单原子催化剂作为一种新型催化剂，在催化等众多领域中表现出积极的应用价值。更重要的是，该类催化剂具有明确的结构和活性中心以及高选择性等优势这为脱汞催化剂的发展带来重要机遇。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单原子催化剂及其制备方法和在烟气中脱汞的应用，通过室温搅拌和高温热解制备得到单原子锌纳米材料，为烟气中脱硝催化剂，制备方法简单、产品形貌均匀。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、a、前驱体制备：将锌盐分散在水和醇的混合溶剂中，形成分散均匀的分散液a；并在搅拌条件下将有机氨小分子缓慢加入分散液a中，并继续搅拌；搅拌后的固体抽滤并真空干燥，得到前驱体；

5、b、热解：将步骤a制备的前驱体在管式炉中于惰性氛围中热解，得到所述单原子催化剂。

6、进一步地，步骤a中所述的醇为甲醇，且水和甲醇的比例为任意比例。

7、进一步地，步骤a中所述锌盐和混合溶剂用量比为0.2-20mg/ml。

8、进一步地，步骤a中所述锌盐和有机氨小分子质量比为1:(1 -50)。

9、进一步地，步骤a中所述锌盐为可溶性铁盐，优选为六水合硝酸锰、六水合氯化铁和水合硫酸铁中的任意一种或几种。

10、进一步地，步骤a中有机氨小分子为二甲基咪唑、双氰胺、三聚氰胺、尿素等。

11、进一步地，步骤b中热解参数为：在700-1100℃下反应4-48小时。

12、进一步地，步骤b中惰性气体氛围是指氩气或者氮气氛围。

13、本发明的另一个目的在于提供一种单原子催化剂，通过上述制备方法得到，是一种单原子锌的脱汞催化剂，其为三维结构，且zn的负载量在0.05-5％wt％。

14、本发明还提供了上述单原子催化剂在烟气中脱汞的应用。

15、本发明的有益效果：

16、本发明以锌盐为金属盐，氨类有机小分子为氮源，采用热解的策略成功制备得到具有单原子锌催化剂。在高温解热过程中，氨类化合物形成氮掺杂的碳载体；并且在热解过程中锌盐与氮配位嵌入碳骨架中，形成具有zn-n键的单原子材料，即可制备得到单原子锌催化剂。本发明制备方法简单、可靠、易得等优点，将其应用在烟气脱硝过程，可为解决当前日益严重的环境污染提供一条切实可行的思路。

17、与现有技术相比，本发明所制备得到单原子锌催化剂的方法简单、形貌均匀，并且金属含量低，有效的减少金属盐的使用，降低制备成本。而且本法中制备的得到单原子催化剂具有优异的脱汞活性。

技术特征：

1.一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述的醇为甲醇，且水和甲醇的比例为任意比例。

3.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述锌盐和混合溶剂用量比为0.2-20mg/ml。

4.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述锌盐和有机氨小分子质量比为1:(1-50)。

5.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述锌盐为可溶性铁盐。

6.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中有机氨小分子为二甲基咪唑、双氰胺、三聚氰胺、尿素中的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤b中热解参数为：在700-1100℃下反应4-48小时。

8.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤b中惰性气体氛围是指氩气或者氮气氛围。

9.一种单原子催化剂，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的方法制备而成，是一种单原子锌的脱汞催化剂，为三维结构，且zn的负载量在0.05-5％wt％。

10.根据权利要求9所述的一种单原子催化剂在烟气中脱汞的应用。

技术总结本发明公开了一种单原子催化剂及其制备方法和在烟气中脱汞的应用，属于催化剂技术领域。本发明以锌盐为金属盐，氨类有机小分子为氮源，采用热解的策略成功制备得到具有单原子锌催化剂。在高温解热过程中，氨类化合物形成氮掺杂的碳载体；并且在热解过程中锌盐与氮配位嵌入碳骨架中，形成具有Zn‑N键的单原子材料，即可制备得到单原子锌催化剂。本发明制备方法简单、可靠、易得等优点，将其应用在烟气脱硝过程，可为解决当前日益严重的环境污染提供一条切实可行的思路。技术研发人员：江彬彬,刘越,汪谢,肖晗,张楠,王钧伟受保护的技术使用者：安庆市长三角未来产业研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/12