飛灰吸附汞的研究進展

王家偉+++劉釗++宋娜

摘 要：粉煤灰作為燃煤電廠的副產物，廉價易得。越來越多的人研究其作為吸附劑對汞的吸附性能。飛灰對元素汞的吸附與飛灰的物理性質、化學組成等有密切的關系。影響其吸附的主要包括未燃碳顆粒含量、類型、比表面積、溫度、接觸時間等。

關鍵詞：飛灰 吸附 汞

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

粉煤灰作為燃煤電廠的副產物，廉價易得。越來越多的人研究其作為吸附劑對汞的吸附性能。許多學者對飛灰脫汞的機理、吸附特點與能力進行了許多的研究，研究表明，飛灰對元素汞的吸附與飛灰的物理性質、化學組成等有密切的關系。影響其吸附的主要包括未燃碳顆粒含量、類型、比表面積、溫度、接觸時間等[1]。Hasseet[2]等的研究發現飛灰中不同類型的炭對汞的氧化吸附能力不同，飛灰中無機組分與飛灰中的炭對汞的氧化吸附機理不同，燒失率（LOI）可作為評價飛灰的一個指標，且認為高LOI的飛灰是最有效的飛灰基汞吸附劑，在Hg的吸附試驗中，中等LOI的飛灰會很快被穿透，而低LOI的飛灰對汞基本沒有吸附能力。López-Antón M等認為飛灰捕獲汞的能力與飛灰中殘炭種類有關，相比于各向同性殘炭，各向異性殘炭顆粒更有利于汞的氧化與捕獲。一些研究者認為比表面積才是飛灰對汞的氧化真正起作用的因素，同時一些研究者對飛灰的氣孔分布與汞形態之間的關系進行了研究，但都沒有明確的結論[3]。James C. Hower等認為飛灰的比表面積與原煤煤階有關，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相關，即溫度降低，吸附能力增強。無機組分對元素汞的催化氧化以及捕獲也有重要的作用，Ghoridhi等[4]的研究發現銅和鐵元素（α-Fe2O3）是元素汞在飛灰表面催化的有效催化介質，在以飛灰中主要無機組分的混合物為吸附劑的模擬煙氣實驗中，發現無機組分對汞的催化氧化受煙氣組分的影響，煙氣中氧化汞含量會隨著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過高溫的燃燒，但飛灰表面仍存在一些含氧官能團，在常溫下，這些官能團和飛灰所含的水分子會促進汞的氧化吸附，但隨著溫度的升高，在大于100℃時，水分蒸發，表面官能團也發生改變，飛灰對汞的吸附效果也隨之而降低。單純使用飛灰遠不能滿足目前所需的脫汞要求，對飛灰進行類似對活性炭的改性來提高飛灰的吸汞能力是研究的重、難點。

為提高飛灰對元素汞的吸附性能，許多學者通過改性在飛灰中加入了對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，發現Hg0的氧化吸附與飛灰的比表面積、孔徑分布、碘浸漬方式并沒有明顯的關系，而與I2改性濃度有很大的關系，汞濃度越大，其吸附容量越大；在80-140℃范圍內，溫度的升高可提高汞的捕獲率。Xu等發現CuBr2， CuCl2和FeCl3改性的飛灰對元素汞表現出很好的吸附性能，因為金屬鹵化物中的鹵素作為氧化劑加速了Hg0向Hg2+的轉化，同時Fe和Cu對Hg0的氧化也具有一定的催化作用。Zhang Y S等用CaBr2、CaCl2和HBr對不同的飛灰進行了改性，發現HBr改性飛灰對元素汞的氧化和吸附有突出的作用，并且，飛灰的粒徑對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，改性飛灰對汞中除了大部分是化學吸附，也有物理吸附，實際的吸附過程是兩者的復雜結合。

汞在某種物質中的形態可以為研究該物質與汞的作用，機理提供很多重要的信息。目前程序升溫熱解析法（TPD）利用不同汞化合物熱解析溫度不同這一特點，已被廣泛應用于土壤、固體廢棄物等固態樣品中汞形態，此方法也用于研究飛灰石膏等煤燃燒副產物中汞的形態以進一步了解燃煤電廠中各種污染控制裝置對汞的作用機理。Md. Azhar Uddin等用TPD系統對在模擬煙氣中吸附元素汞后的活性炭進行熱解析，發現當煙氣中同時存在HCl和H2S兩種氣體時，活性炭吸附的汞比煙氣中單獨存在H2S時更為穩定，在HCl氣氛下吸收的汞的存在形式類似HgClx。M. Antonia Lopez-Anton等對PC爐和CFB爐飛灰中汞形態進行了研究，他認為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：

[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. 飛灰對煙氣中汞形態轉化的影響及測量技術研究[D]. 浙江大學， 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