燃煤烟气中新型吸附剂改性蛭石研究进展

王建英，马丽萍

(1.云南经济管理职业学院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明 650093)

燃煤烟气中新型吸附剂改性蛭石研究进展

王建英1，马丽萍2

(1.云南经济管理职业学院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明 650093)

总结了燃煤烟气中汞污染的现状及蛭石吸附剂研究的进展情况，对烟气中单质汞的脱除进行了研究，提出了蛭石在单质汞的吸附脱除方面存在的潜力，为今后燃煤烟气中单质汞的脱除提出了一定的研究思路。

吸附剂;燃煤烟气;改性蛭石

0 引言

煤是世界上重要的化石燃料，尤其我国煤炭资源丰富，年产量和消耗量都居世界首位。1992年我国煤炭的储量己达9667.6亿t，占世界煤炭总量的30%，可开采量达1145亿t。因此，煤在我国一次能源消费中占据的主导地位更显突出，而且在未来几十年内，我国一次能源生产、消费以煤炭为主的格局不会改变［1］。然而，煤在燃烧过程中产生了大量的污染物，其中汞的排放对地球环境和人类健康均造成了严重的危害。

据李世魁［2］估算，1999年－2003年中国燃煤电站的大气汞排放量年平均增长率达到了9.59%，向废渣中排放的汞量年平均增长率为8.49%，尤其是从2002年－2003年间的涨幅最大。2003年，燃煤电站的大气汞排放量达到386.8t，废渣汞排放量为28.94t。目前，国内外对汞的控制技术研究都非常重视。由于单质汞具有剧毒性、高挥发性、低水溶性、以及可以在生物体内累积等特点，较难控制，且单质汞还可以通过长距离的大气运输而形成全球性污染，因此气态单质汞的控制也就成了当前国际上研究的热点和难点问题。在燃煤过程中，尽管汞在煤中的含量很低，但是由于煤的用量巨大，所以最终排放到环境中汞的量是不容忽视的。

1 汞控制技术的研究现状

燃煤电站中汞的排放控制技术已成为国际上研究的热点。针对煤燃烧过程汞污染的现状，研究者们提出了各种各样的控制方法。从国内外研究状况来看，大部分研究都集中在活性炭、飞灰以及一些新型吸附剂(如黏土矿物)上，通过吸附剂的吸附作用来脱除烟气中的气态汞。我国电力行业燃煤的用量比较大，如果采用活性炭作为燃煤电厂脱汞的吸附剂，就需要喷入大量的活性炭以达到一定的脱汞效率，这样一来运行成本就会增高，燃煤电厂难以承受;而改性活性炭由于技术方面的原因难以大规模的应用，所以利用活性炭吸附剂经济性较差。而黏土类矿物吸附剂由于其廉价易得，且对环境无毒无害等优点，如果能研制出对气态单质吸收性较好的矿物类吸附剂，那么将能够解决燃煤电厂汞污染控制难和控制费用高等问题。我国对燃煤电厂汞排放控制研究尚处于起步阶段，因此寻找廉价高效的吸附剂就显得十分必要的。

2 蛭石的特性及常用的改性方法

蛭石是一种层状结构含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，呈鳞片状、片状或单斜晶系的假晶体。我国蛭石分布较广，储量居世界第二。蛭石属于天然黏土矿物，在我国蕴藏量丰富，价格低廉，容易获得，且对环境无毒无害。蛭石属再生矿典型的蛭石是三八面体层状构造硅酸盐，呈层状，松散多孔密度低，层间充填可交换性的阳离子和水分子，这种结构特点使蛭石具有很强的离子交换能力。蛭石还具有较高的层电荷数(0.6～0.9)，故具有较高的阳离子交换容量和阳离子吸附能力。目前，国内外对蛭石的研究主要集中在二个方面:一是对蛭石的晶体化学研究;二是蛭石吸附性能的研究。由于利用活性炭等吸附剂脱除烟气中微量单质汞存在经济性较差等缺点，应用并不广泛，同时，研究发现利用蛭石吸附剂可以去除废水中微量重金属离子［3－5］，因此，蛭石在处理气态单质方面颇具前景。

任建莉等人［6］研究了用溴化十六烷基三甲铵(CTMAB)对蛭石进行改性，研究结果表明，CTMAB－蛭石的层间距都大于原土，CTMAB－蛭石的层间距随改性时CTMAB浓度的增加而增大，对蛭石进行改性后其单位吸附量均有所增加。

周劲松等［7］采用活性MnO2浸渍、FeCl3浸渍和不同温度下渗硫等方法对蛭石进行改性研究，制得一系列改性蛭石吸附剂。采用固定床吸附的方式，对吸附剂性能进行测试，对测试结果进行分析并筛选出2种高效、廉价的吸附剂。经活性MnO2浸渍和FeCl3浸渍后的蛭石，吸附汞蒸汽能力大大提高。与活性炭相比，蛭石价格低廉，活性MnO2浸渍和FeCl3浸渍的步骤简单，改性所需试剂价格低廉，并且总体除汞性能已优于活性炭。

王建英等［8－9］研究发现，采用不同浓度盐酸处理过的蛭石比蛭石原土的吸附性能均有所提高，其中效果较为显著的是采用4mol/L盐酸浸渍的蛭石。该改性蛭石的完全穿透时间较蛭石原土较有大幅度的提高。原因可能是利用酸溶蚀、分解了蛭石孔隙中的有机或无机杂质，疏通了孔道，增大了比表面积，同时由于在层间溶剂的作用下蛭石晶片破裂，呈现出多孔特征，从而有利于吸附质分子的扩散，吸附能力得以提高。

另外，用盐酸对蛭石进行浸渍处理也相当于对蛭石进行注氯操作，这也可以大大增加蛭石的吸附性能。蛭石原土主要发生的是物理吸附，而注入盐酸后蛭石发生物理吸附和化学吸附，其化学吸附机理如下:

与活性炭相比，蛭石原料改性所需试剂价格低廉，活性MnO2浸渍和FeCl3浸渍的步骤简单，并且改性蛭石的除汞性能已优于活性炭。蛭石取代活性炭在燃煤烟气单质汞的控制方面是很有发展潜力的。由此可见，蛭石等黏土类矿物将成为今后脱汞吸附剂研究的一个重要方面。

3 结语

蛭石在我国蕴藏量丰富，具有一定的吸附性能，且价格低廉，对环境无毒无害［10－11］。研究发现，经过改性的蛭石在燃煤烟气中微量单质汞的脱除方面已经显示出较大的优越性。因此如果能研制出对单质汞具有较大吸附容量的蛭石吸附剂，也就解决了当前我国燃煤电厂汞污染控制难的问题。综上所述，对蛭石等黏土类矿物吸附剂的开发研究将是今后国内外研究的一个热点。

［1］何杰.煤燃烧过程中氯化氢的排放特性研究［D］.浙江:浙江大学，2002.

［2］李世魁.220t/h循环流化床锅炉汽水冷旋风分离器制造工艺［J］.黑龙江电力，2004，(10):356－360.

［3］李晖，谭光群，李瑞.蛭石对汞的吸附性能研究［J］.重庆环境科学，2001，23(2):65－67.

［4］马小隆，刘心悦，刘晓明.改性蛭石吸附性能初探［J］.能源环境保护，2004，18(5):46－48.

［5］Brigattia M F，Colonnab S，Malferraria D.et al.Mercury adsorption by montmorillonite and vermiculite:A combined XRD，TG－MS，and EXAFS study［J］.Applied Clay Science，2005，(28):1－8.

［6］任建莉，周劲松，骆仲泱，等.新型吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究［J］.中国电机工程学报，2007，27(2):48－53.

［7］周劲松，石祥建，高洪亮，等.改性蛭石对气态汞的吸附效果［J］.动力工程，2006，26(4):558－562.

［8］王建英，马丽萍.酸改性蛭石对气态单质汞吸附实验研究［J］.化工环保，2008，28(4):292－295.

［9］王建英，马丽萍，贺史雕.吸附剂控制单质汞的研究［J］.电力环境保护，2007，23(6):42－44.

［10］魏国强，何伯述，王丽俐，等.燃煤电厂低成本活性炭除汞技术［J］.电力环境保护，2008，24(2):50－53.

［11］赵毅，张钧钧，唐舒，等.燃煤电厂烟气汞排放控制研究现状及进展［J］.电力科技术与环保，2010，26(6):9－11.

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，讲师，主要从事建筑材料、施工测量及环境保护等方面的教学及研究工作。E－mail: wjysky@163.com