飛灰吸附汞的研究進(jìn)展

王家偉+++劉釗++宋娜

摘 要：粉煤灰作為燃煤電廠的副產(chǎn)物，廉價(jià)易得。越來(lái)越多的人研究其作為吸附劑對(duì)汞的吸附性能。飛灰對(duì)元素汞的吸附與飛灰的物理性質(zhì)、化學(xué)組成等有密切的關(guān)系。影響其吸附的主要包括未燃碳顆粒含量、類(lèi)型、比表面積、溫度、接觸時(shí)間等。

關(guān)鍵詞：飛灰 吸附 汞

中圖分類(lèi)號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

粉煤灰作為燃煤電廠的副產(chǎn)物，廉價(jià)易得。越來(lái)越多的人研究其作為吸附劑對(duì)汞的吸附性能。許多學(xué)者對(duì)飛灰脫汞的機(jī)理、吸附特點(diǎn)與能力進(jìn)行了許多的研究，研究表明，飛灰對(duì)元素汞的吸附與飛灰的物理性質(zhì)、化學(xué)組成等有密切的關(guān)系。影響其吸附的主要包括未燃碳顆粒含量、類(lèi)型、比表面積、溫度、接觸時(shí)間等[1]。Hasseet[2]等的研究發(fā)現(xiàn)飛灰中不同類(lèi)型的炭對(duì)汞的氧化吸附能力不同，飛灰中無(wú)機(jī)組分與飛灰中的炭對(duì)汞的氧化吸附機(jī)理不同，燒失率（LOI）可作為評(píng)價(jià)飛灰的一個(gè)指標(biāo)，且認(rèn)為高LOI的飛灰是最有效的飛灰基汞吸附劑，在Hg的吸附試驗(yàn)中，中等LOI的飛灰會(huì)很快被穿透，而低LOI的飛灰對(duì)汞基本沒(méi)有吸附能力。López-Antón M等認(rèn)為飛灰捕獲汞的能力與飛灰中殘?zhí)糠N類(lèi)有關(guān)，相比于各向同性殘?zhí)?，各向異性殘?zhí)款w粒更有利于汞的氧化與捕獲。一些研究者認(rèn)為比表面積才是飛灰對(duì)汞的氧化真正起作用的因素，同時(shí)一些研究者對(duì)飛灰的氣孔分布與汞形態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，但都沒(méi)有明確的結(jié)論[3]。James C. Hower等認(rèn)為飛灰的比表面積與原煤煤階有關(guān)，低階煤的比表面積一般高于高階煤。飛灰吸汞能力與溫度呈負(fù)相關(guān)，即溫度降低，吸附能力增強(qiáng)。無(wú)機(jī)組分對(duì)元素汞的催化氧化以及捕獲也有重要的作用，Ghoridhi等[4]的研究發(fā)現(xiàn)銅和鐵元素（α-Fe2O3）是元素汞在飛灰表面催化的有效催化介質(zhì)，在以飛灰中主要無(wú)機(jī)組分的混合物為吸附劑的模擬煙氣實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)組分對(duì)汞的催化氧化受煙氣組分的影響，煙氣中氧化汞含量會(huì)隨著HCl和NO2含量的增加或者SO2含量的降低而有所增加。Maroto-Valer等的研究表明雖然經(jīng)過(guò)高溫的燃燒，但飛灰表面仍存在一些含氧官能團(tuán)，在常溫下，這些官能團(tuán)和飛灰所含的水分子會(huì)促進(jìn)汞的氧化吸附，但隨著溫度的升高，在大于100℃時(shí)，水分蒸發(fā)，表面官能團(tuán)也發(fā)生改變，飛灰對(duì)汞的吸附效果也隨之而降低。單純使用飛灰遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足目前所需的脫汞要求，對(duì)飛灰進(jìn)行類(lèi)似對(duì)活性炭的改性來(lái)提高飛灰的吸汞能力是研究的重、難點(diǎn)。

為提高飛灰對(duì)元素汞的吸附性能，許多學(xué)者通過(guò)改性在飛灰中加入了對(duì)汞催化氧化劑吸附有作用的元素，飛灰的吸附性能得到很大的改善。Zhao[5]用碘改性了鈣基稻殼灰電廠飛灰和鈣基電廠飛灰，發(fā)現(xiàn)Hg0的氧化吸附與飛灰的比表面積、孔徑分布、碘浸漬方式并沒(méi)有明顯的關(guān)系，而與I2改性濃度有很大的關(guān)系，汞濃度越大，其吸附容量越大；在80-140℃范圍內(nèi)，溫度的升高可提高汞的捕獲率。Xu等發(fā)現(xiàn)CuBr2， CuCl2和FeCl3改性的飛灰對(duì)元素汞表現(xiàn)出很好的吸附性能，因?yàn)榻饘冫u化物中的鹵素作為氧化劑加速了Hg0向Hg2+的轉(zhuǎn)化，同時(shí)Fe和Cu對(duì)Hg0的氧化也具有一定的催化作用。Zhang Y S等用CaBr2、CaCl2和HBr對(duì)不同的飛灰進(jìn)行了改性，發(fā)現(xiàn)HBr改性飛灰對(duì)元素汞的氧化和吸附有突出的作用，并且，飛灰的粒徑對(duì)汞吸附也有一定的影響，小粒徑（>200目）飛灰的汞吸附量明顯高于80-200目的飛灰。所以，改性飛灰對(duì)汞中除了大部分是化學(xué)吸附，也有物理吸附，實(shí)際的吸附過(guò)程是兩者的復(fù)雜結(jié)合。

汞在某種物質(zhì)中的形態(tài)可以為研究該物質(zhì)與汞的作用，機(jī)理提供很多重要的信息。目前程序升溫?zé)峤馕龇ǎ═PD）利用不同汞化合物熱解析溫度不同這一特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于土壤、固體廢棄物等固態(tài)樣品中汞形態(tài)，此方法也用于研究飛灰石膏等煤燃燒副產(chǎn)物中汞的形態(tài)以進(jìn)一步了解燃煤電廠中各種污染控制裝置對(duì)汞的作用機(jī)理。Md. Azhar Uddin等用TPD系統(tǒng)對(duì)在模擬煙氣中吸附元素汞后的活性炭進(jìn)行熱解析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)煙氣中同時(shí)存在HCl和H2S兩種氣體時(shí)，活性炭吸附的汞比煙氣中單獨(dú)存在H2S時(shí)更為穩(wěn)定，在HCl氣氛下吸收的汞的存在形式類(lèi)似HgClx。M. Antonia Lopez-Anton等對(duì)PC爐和CFB爐飛灰中汞形態(tài)進(jìn)行了研究，他認(rèn)為PC爐飛灰中汞主要是HgCl2和Hg0，而CFB飛灰中主要是HgCl2和HgSO4。

參考文獻(xiàn)：

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[5]Zhao P F， Guo X， Zheng C G. Removal of elemental mercury by iodine-modified rice husk ash sorbents [J]. Journal of Environmental Sciences， 2010， 22 （10）：1629-1636