飞灰吸附汞的研究进展

王家伟+++刘钊++宋娜

摘 要：粉煤灰作为燃煤电厂的副产物，廉价易得。越来越多的人研究其作为吸附剂对汞的吸附性能。飞灰对元素汞的吸附与飞灰的物理性质、化学组成等有密切的关系。影响其吸附的主要包括未燃碳颗粒含量、类型、比表面积、温度、接触时间等。

关键词：飞灰 吸附 汞

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

粉煤灰作为燃煤电厂的副产物，廉价易得。越来越多的人研究其作为吸附剂对汞的吸附性能。许多学者对飞灰脱汞的机理、吸附特点与能力进行了许多的研究，研究表明，飞灰对元素汞的吸附与飞灰的物理性质、化学组成等有密切的关系。影响其吸附的主要包括未燃碳颗粒含量、类型、比表面积、温度、接触时间等[1]。Hasseet[2]等的研究发现飞灰中不同类型的炭对汞的氧化吸附能力不同，飞灰中无机组分与飞灰中的炭对汞的氧化吸附机理不同，烧失率（LOI）可作为评价飞灰的一个指标，且认为高LOI的飞灰是最有效的飞灰基汞吸附剂，在Hg的吸附试验中，中等LOI的飞灰会很快被穿透，而低LOI的飞灰对汞基本没有吸附能力。López-Antón M等认为飞灰捕获汞的能力与飞灰中残炭种类有关，相比于各向同性残炭，各向异性残炭颗粒更有利于汞的氧化与捕获。一些研究者认为比表面积才是飞灰对汞的氧化真正起作用的因素，同时一些研究者对飞灰的气孔分布与汞形态之间的关系进行了研究，但都没有明确的结论[3]。James C. Hower等认为飞灰的比表面积与原煤煤阶有关，低阶煤的比表面积一般高于高阶煤。飞灰吸汞能力与温度呈负相关，即温度降低，吸附能力增强。无机组分对元素汞的催化氧化以及捕获也有重要的作用，Ghoridhi等[4]的研究发现铜和铁元素（α-Fe2O3）是元素汞在飞灰表面催化的有效催化介质，在以飞灰中主要无机组分的混合物为吸附剂的模拟烟气实验中，发现无机组分对汞的催化氧化受烟气组分的影响，烟气中氧化汞含量会随着HCl和NO2含量的增加或者SO2含量的降低而有所增加。Maroto-Valer等的研究表明虽然经过高温的燃烧，但飞灰表面仍存在一些含氧官能团，在常温下，这些官能团和飞灰所含的水分子会促进汞的氧化吸附，但随着温度的升高，在大于100℃时，水分蒸发，表面官能团也发生改变，飞灰对汞的吸附效果也随之而降低。单纯使用飞灰远不能满足目前所需的脱汞要求，对飞灰进行类似对活性炭的改性来提高飞灰的吸汞能力是研究的重、难点。

为提高飞灰对元素汞的吸附性能，许多学者通过改性在飞灰中加入了对汞催化氧化剂吸附有作用的元素，飞灰的吸附性能得到很大的改善。Zhao[5]用碘改性了钙基稻壳灰电厂飞灰和钙基电厂飞灰，发现Hg0的氧化吸附与飞灰的比表面积、孔径分布、碘浸渍方式并没有明显的关系，而与I2改性浓度有很大的关系，汞浓度越大，其吸附容量越大；在80-140℃范围内，温度的升高可提高汞的捕获率。Xu等发现CuBr2， CuCl2和FeCl3改性的飞灰对元素汞表现出很好的吸附性能，因为金属卤化物中的卤素作为氧化剂加速了Hg0向Hg2+的转化，同时Fe和Cu对Hg0的氧化也具有一定的催化作用。Zhang Y S等用CaBr2、CaCl2和HBr对不同的飞灰进行了改性，发现HBr改性飞灰对元素汞的氧化和吸附有突出的作用，并且，飞灰的粒径对汞吸附也有一定的影响，小粒径（>200目）飞灰的汞吸附量明显高于80-200目的飞灰。所以，改性飞灰对汞中除了大部分是化学吸附，也有物理吸附，实际的吸附过程是两者的复杂结合。

汞在某种物质中的形态可以为研究该物质与汞的作用，机理提供很多重要的信息。目前程序升温热解析法（TPD）利用不同汞化合物热解析温度不同这一特点，已被广泛应用于土壤、固体废弃物等固态样品中汞形态，此方法也用于研究飞灰石膏等煤燃烧副产物中汞的形态以进一步了解燃煤电厂中各种污染控制装置对汞的作用机理。Md. Azhar Uddin等用TPD系统对在模拟烟气中吸附元素汞后的活性炭进行热解析，发现当烟气中同时存在HCl和H2S两种气体时，活性炭吸附的汞比烟气中单独存在H2S时更为稳定，在HCl气氛下吸收的汞的存在形式类似HgClx。M. Antonia Lopez-Anton等对PC炉和CFB炉飞灰中汞形态进行了研究，他认为PC炉飞灰中汞主要是HgCl2和Hg0，而CFB飞灰中主要是HgCl2和HgSO4。

参考文献：

[1]Chen， X. Impacts of fly ash composition and flue gas components on mercury speciation[D]. University of Pittsburgh.2007

[2] David J. H.， Kurt E. E. Mercury capture on coal combustion fly ash [J].Fuel 78（1999）243-248

[3] 石祥建. 飞灰对烟气中汞形态转化的影响及测量技术研究[D]. 浙江大学， 2006

[4] Ghorishi S B， Lee C W， Kilgroe J D. Speciation of mercury in the presence of coal and waste combustion fly ashes. In： Proceedings of the air and waste management association 93rd annual meeting and exhibition， Salt Lake City UT， June 19–22； 2000

[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