燃煤煙氣中新型吸附劑改性蛭石研究進(jìn)展

王建英，馬麗萍

(1.云南經(jīng)濟管理職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650093)

燃煤煙氣中新型吸附劑改性蛭石研究進(jìn)展

王建英1，馬麗萍2

(1.云南經(jīng)濟管理職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650093)

總結(jié)了燃煤煙氣中汞污染的現(xiàn)狀及蛭石吸附劑研究的進(jìn)展情況，對煙氣中單質(zhì)汞的脫除進(jìn)行了研究，提出了蛭石在單質(zhì)汞的吸附脫除方面存在的潛力，為今后燃煤煙氣中單質(zhì)汞的脫除提出了一定的研究思路。

吸附劑;燃煤煙氣;改性蛭石

0 引言

煤是世界上重要的化石燃料，尤其我國煤炭資源豐富，年產(chǎn)量和消耗量都居世界首位。1992年我國煤炭的儲量己達(dá)9667.6億t，占世界煤炭總量的30%，可開采量達(dá)1145億t。因此，煤在我國一次能源消費中占據(jù)的主導(dǎo)地位更顯突出，而且在未來幾十年內(nèi)，我國一次能源生產(chǎn)、消費以煤炭為主的格局不會改變［1］。然而，煤在燃燒過程中產(chǎn)生了大量的污染物，其中汞的排放對地球環(huán)境和人類健康均造成了嚴(yán)重的危害。

據(jù)李世魁［2］估算，1999年－2003年中國燃煤電站的大氣汞排放量年平均增長率達(dá)到了9.59%，向廢渣中排放的汞量年平均增長率為8.49%，尤其是從2002年－2003年間的漲幅最大。2003年，燃煤電站的大氣汞排放量達(dá)到386.8t，廢渣汞排放量為28.94t。目前，國內(nèi)外對汞的控制技術(shù)研究都非常重視。由于單質(zhì)汞具有劇毒性、高揮發(fā)性、低水溶性、以及可以在生物體內(nèi)累積等特點，較難控制，且單質(zhì)汞還可以通過長距離的大氣運輸而形成全球性污染，因此氣態(tài)單質(zhì)汞的控制也就成了當(dāng)前國際上研究的熱點和難點問題。在燃煤過程中，盡管汞在煤中的含量很低，但是由于煤的用量巨大，所以最終排放到環(huán)境中汞的量是不容忽視的。

1 汞控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

燃煤電站中汞的排放控制技術(shù)已成為國際上研究的熱點。針對煤燃燒過程汞污染的現(xiàn)狀，研究者們提出了各種各樣的控制方法。從國內(nèi)外研究狀況來看，大部分研究都集中在活性炭、飛灰以及一些新型吸附劑(如黏土礦物)上，通過吸附劑的吸附作用來脫除煙氣中的氣態(tài)汞。我國電力行業(yè)燃煤的用量比較大，如果采用活性炭作為燃煤電廠脫汞的吸附劑，就需要噴入大量的活性炭以達(dá)到一定的脫汞效率，這樣一來運行成本就會增高，燃煤電廠難以承受;而改性活性炭由于技術(shù)方面的原因難以大規(guī)模的應(yīng)用，所以利用活性炭吸附劑經(jīng)濟性較差。而黏土類礦物吸附劑由于其廉價易得，且對環(huán)境無毒無害等優(yōu)點，如果能研制出對氣態(tài)單質(zhì)吸收性較好的礦物類吸附劑，那么將能夠解決燃煤電廠汞污染控制難和控制費用高等問題。我國對燃煤電廠汞排放控制研究尚處于起步階段，因此尋找廉價高效的吸附劑就顯得十分必要的。

2 蛭石的特性及常用的改性方法

蛭石是一種層狀結(jié)構(gòu)含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，呈鱗片狀、片狀或單斜晶系的假晶體。我國蛭石分布較廣，儲量居世界第二。蛭石屬于天然黏土礦物，在我國蘊藏量豐富，價格低廉，容易獲得，且對環(huán)境無毒無害。蛭石屬再生礦典型的蛭石是三八面體層狀構(gòu)造硅酸鹽，呈層狀，松散多孔密度低，層間充填可交換性的陽離子和水分子，這種結(jié)構(gòu)特點使蛭石具有很強的離子交換能力。蛭石還具有較高的層電荷數(shù)(0.6～0.9)，故具有較高的陽離子交換容量和陽離子吸附能力。目前，國內(nèi)外對蛭石的研究主要集中在二個方面:一是對蛭石的晶體化學(xué)研究;二是蛭石吸附性能的研究。由于利用活性炭等吸附劑脫除煙氣中微量單質(zhì)汞存在經(jīng)濟性較差等缺點，應(yīng)用并不廣泛，同時，研究發(fā)現(xiàn)利用蛭石吸附劑可以去除廢水中微量重金屬離子［3－5］，因此，蛭石在處理氣態(tài)單質(zhì)方面頗具前景。

任建莉等人［6］研究了用溴化十六烷基三甲銨(CTMAB)對蛭石進(jìn)行改性，研究結(jié)果表明，CTMAB－蛭石的層間距都大于原土，CTMAB－蛭石的層間距隨改性時CTMAB濃度的增加而增大，對蛭石進(jìn)行改性后其單位吸附量均有所增加。

周勁松等［7］采用活性MnO2浸漬、FeCl3浸漬和不同溫度下滲硫等方法對蛭石進(jìn)行改性研究，制得一系列改性蛭石吸附劑。采用固定床吸附的方式，對吸附劑性能進(jìn)行測試，對測試結(jié)果進(jìn)行分析并篩選出2種高效、廉價的吸附劑。經(jīng)活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬后的蛭石，吸附汞蒸汽能力大大提高。與活性炭相比，蛭石價格低廉，活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬的步驟簡單，改性所需試劑價格低廉，并且總體除汞性能已優(yōu)于活性炭。

王建英等［8－9］研究發(fā)現(xiàn)，采用不同濃度鹽酸處理過的蛭石比蛭石原土的吸附性能均有所提高，其中效果較為顯著的是采用4mol/L鹽酸浸漬的蛭石。該改性蛭石的完全穿透時間較蛭石原土較有大幅度的提高。原因可能是利用酸溶蝕、分解了蛭石孔隙中的有機或無機雜質(zhì)，疏通了孔道，增大了比表面積，同時由于在層間溶劑的作用下蛭石晶片破裂，呈現(xiàn)出多孔特征，從而有利于吸附質(zhì)分子的擴散，吸附能力得以提高。

另外，用鹽酸對蛭石進(jìn)行浸漬處理也相當(dāng)于對蛭石進(jìn)行注氯操作，這也可以大大增加蛭石的吸附性能。蛭石原土主要發(fā)生的是物理吸附，而注入鹽酸后蛭石發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附，其化學(xué)吸附機理如下:

與活性炭相比，蛭石原料改性所需試劑價格低廉，活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬的步驟簡單，并且改性蛭石的除汞性能已優(yōu)于活性炭。蛭石取代活性炭在燃煤煙氣單質(zhì)汞的控制方面是很有發(fā)展?jié)摿Φ?。由此可見，蛭石等黏土類礦物將成為今后脫汞吸附劑研究的一個重要方面。

3 結(jié)語

蛭石在我國蘊藏量豐富，具有一定的吸附性能，且價格低廉，對環(huán)境無毒無害［10－11］。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改性的蛭石在燃煤煙氣中微量單質(zhì)汞的脫除方面已經(jīng)顯示出較大的優(yōu)越性。因此如果能研制出對單質(zhì)汞具有較大吸附容量的蛭石吸附劑，也就解決了當(dāng)前我國燃煤電廠汞污染控制難的問題。綜上所述，對蛭石等黏土類礦物吸附劑的開發(fā)研究將是今后國內(nèi)外研究的一個熱點。

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Discussion on studying progress of new adsorption modified vermiculite in coal－fired boilers flue gas controlling

The gas pollution and vermiculite adsorbents study progress in coal－fired power plants are summarized.The research methods and technical development about Hg removal are also introduced，putting forward the vermiculite in elemental mercury adsorption removal of potential for the future.It gives research ideas for the removal of the flue gas mercury in coal－fired power plants..

adsorbent;coal－fired power plants flue gas;modified vermiculite

X701.7

B

1674－8069(2012)03－020－02

2012-01-25;

2012-05-04

王建英(1979-)，女，河南商丘人，講師，主要從事建筑材料、施工測量及環(huán)境保護(hù)等方面的教學(xué)及研究工作。E－mail: wjysky@163.com