脫汞，通宵達旦燒鍋爐

田媛

董璐是東南大學能源與環境學院熱能工程專業的博士二年級學生，他的課題主要是研究如何更高效低廉地除去燃煤煙氣中的汞。在向我們介紹他“高大上”的專業前，董璐先調侃了下自己：“其實我們就是燒鍋爐的。”玩笑歸玩笑，他口中的“燒鍋爐”其實是為了模擬一個真實的燃煤環境，以探究他們的實驗方法對燃煤煙氣中汞的去除效率。因為燒鍋爐會污染環境，也會產生噪音，所以這項模擬實驗被安排在每個周六或周日的凌晨進行，“盡管通宵達旦地燒鍋爐很辛苦，但我們是為了環境保護而奮戰，這很值得。”

更有效更低廉更環保

工業革命以后，煤炭開始大量燃燒，科技的進步給人們帶來機遇和變化，也同樣帶來了挑戰和矛盾。被同學們戲稱為“鍋爐哥”的董璐就在做與此相關的環保課題研究。 “我做的課題是如何除去燃煤煙氣中的污染物汞。現在我國發電廠仍然以煤炭為主要燃料，大量煤炭的燃燒產生了大量污染環境的煙氣，這些煙氣中含有二氧化硫、氮化物和汞化物等有毒氣體。早前國家就發布了對燃煤電廠煙氣中硫、氮污染物排放的相關標準，因此電廠大多數都有完善的脫硫、脫硝裝置，但是這些裝置對煙氣中的汞脫除效果并不明顯。”

關于汞，董璐重點強調了一個時間——2015年1月1日，因為那一天國家新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》開始實施。在這份標準中，對燃煤鍋爐中汞排放的濃度要求限值控制為0.03mg/m3，也就是說，工廠和企業也要開始對燃煤煙氣中的汞配備專業的脫汞裝置了。”從國家需求和市場需求這個層面的角度出發，董璐和實驗組的小伙伴們開始了一系列關于燃煤煙氣中如何脫汞的調研。

董璐向我們介紹說：“汞是具有劇毒性的物質，在燃煤煙氣中可以0價的單質態、+1價不穩定的狀態以及+2價化合物態存在。對于0價的單質態汞，我們可以用活性炭直接進行吸附，+2價化合物態可以直接溶于水除去，而+1價不穩定的狀態一般可以通過化學變化把它轉化為0價態或者+2價態來除去。”+2價的化合物態溶于水除去簡單又便捷，但用活性炭吸附除去可不那么低廉和經濟了。在企業和工廠的實際應用中，普通的活性炭會通過一定的化學改性轉變為商業活性炭，用商業活性炭脫除燃煤煙氣中1千克汞大約需要10萬元人民幣，而中國一年排放的燃煤煙氣中總共約300噸汞，“想想這個價格，這對注重生產成本的企業和工廠可是個大問題啊。”

除了使用傳統除汞方法不實惠經濟的問題，董璐和實驗組的小伙伴們還注意到了一個問題：活性炭是一次性使用的，吸附了有毒的汞之后只能就地填埋，這無疑會造成一定的土地污染；另一方面，汞本身也有自身的用途，可以用于電子電器產品以及水銀溫度計等的制作，就地填埋無疑也造成了一定的資源浪費。于是他們提出了一個新的想法：有沒有可以既除去燃煤煙氣中的污染物汞，又能將汞進行回收利用的新方法？除了活性炭，還有什么更有效更低廉的脫汞方式呢？

新路子三好處

就在董璐和實驗組的小伙伴們為了尋找脫汞的新法子焦頭爛額時，一個機會悄悄來臨。在一次實驗室與南京當地企業的合作會談中，董璐注意到一位環保工程師提到了汞的特殊性質：汞可以與金、銀、鈀等貴金屬在低溫狀態下結合，而在高溫環境中，汞又可以與這些貴金屬分離。聽到他無意中提起的這個性質，董璐就像在茫茫夜途中看到了指明燈一般，當即一拍腦門：“用貴金屬來作吸附劑，再結合汞的這個特殊性質，不就可以解決既吸收汞，又回收利用的問題了？”董璐為這個意外捕捉到的靈感欣喜若狂，當天晚上回到實驗室后就開始著手查這方面的文獻和資料，以求完善自己的實驗思路。實驗組的小伙伴們也紛紛加入了進來。講起那時的情形，董璐眼里閃著激動的光：“那晚大家的情緒都十分高漲，在接下來的幾天都一鼓作氣，甚至有一天通宵工作，這股勁頭就好像在我們實驗室馬上要誕生一項影響人類的重大發明一樣！”

功夫不負有心人，在連續作戰兩個星期后，董璐的實驗小組對這個治汞的新方法有了相對完善的實驗思路——利用具有磁性的貴金屬作為吸附劑來脫汞。當談到這部分時，董璐才算是真正講到了自己的“主場”，他一改之前的沉穩嚴肅，開始滔滔不絕起來：“我們的新方法主要有三個方面的好處：第一是用貴金屬作為汞的吸附劑，利用貴金屬在低溫下與汞結合，在高溫下與汞分離的特性，來達到既除去燃煤煙氣中的汞又將這部分汞回收再利用的目的。第二呢，貴金屬吸附劑不像傳統的活性炭吸附劑是一次性的，可以循環多次利用，這也是一種資源的節約。”

當講到第三方面的好處時，董璐給我們賣了個關子，先聊起了煤炭燃燒后的生成物——飛灰。“飛灰也叫做粉煤灰，是煤在燃燒過程中排出的微小灰粒，如果對其不加以控制，讓其排放在大氣中，它們就成為霧霾的元兇了。在以往的環保思路中，工廠和企業一貫都是使用布袋除塵器將它收集起來，即使采用活性炭吸附了煙氣中的汞，活性炭也會隨著飛灰被吸入除塵器，后期一起被填埋處理。”這時，董璐話鋒一轉：“飛灰也是水泥的原料之一，在原來傳統的方法中，吸附了汞的活性炭會污染飛灰，使得飛灰無法再被利用，于是我們就考慮，能不能使用一種新型除汞吸附劑，在吸附煙氣中汞的同時，還能將它們從飛灰中分離出來？于是，我們想到了磁性！”這可真是一個妙招！這時，董璐才自信滿滿地講起脫汞新方法的第三個好處：“用磁性處理過貴金屬后，貴金屬會附帶一定的磁性，我們便可以利用吸鐵石將貴金屬和其他物質分開。簡單來說，就是先用貴金屬可以將汞脫去，加入磁性后，又可以將吸附了汞的貴金屬和飛灰分開，于是飛灰也可以被收集再利用了。”

從實驗臺走向工業臺

實驗思路有了，實驗計劃也有了，一切準備就緒，就等上實驗臺一決高下了！為了探究實驗方法對燃煤煙氣中汞的實際去除效率，董璐和實驗組的小伙伴們需要進行兩部分實驗，董璐笑著說：“第一部分是在實驗臺上完成，第二部分是在工業臺上完成，也就是被大家調侃的燒鍋爐了。”

所謂的第一部分實驗，就是在模擬燃煤煙氣的環境中，用一個相對簡易的裝置完成脫汞并檢測其有效。具體來講，實驗臺就是在一個由玻璃罩罩起來的密閉空間里，先將含有汞的燃煤煙氣充滿整個空間，然后用密閉空間中裝有磁性貴金屬吸附劑的玻璃反應器完成脫汞。這些吸附劑被研磨成直徑為200微米的細小顆粒，在充滿了燃煤煙氣的玻璃反應器中呈現出懸浮狀態，可以順著煙氣流動。在流動的過程中，吸附劑就可以與汞蒸汽進行接觸碰撞，然后以一種強于物理吸附的吸附形式結合，從而除去燃煤煙氣中的汞。

實驗結果表明，用磁性貴金屬作為吸附劑的脫汞方法在常溫下對汞的脫除效率可以近乎達到100%，在150攝氏度以上時，脫汞效率能達到80%。董璐說：“我們在這里使用的吸附劑是貴金屬銀，因為銀相對來說最便宜，不過為了達到更理想的實驗效果，我們后期還會采用鉑和金。”

然而在企業或工廠實際處理燃煤煙氣的過程中，可不是簡簡單單在一個柜子大小的空間里能解決的事。為了更準確地模擬真實的環境，董璐和小伙伴們必須開始第二部分實驗——燒鍋爐。實驗中所用的工業臺是指一個五層樓高的鍋爐房，這棟鍋爐房相當于一個小型燃煤鍋爐，“它包含脫硫裝置、脫硝裝置、布袋除塵器、吸附劑噴射裝置等全套環保裝置，旨在真實的應用情況下評測脫汞效果。”之后，“鍋爐哥”董璐又帶領小伙伴們燒了無數個通宵的鍋爐。在每一個從鍋爐房里出來的清晨，董璐走出鍋爐房的第一件事，就是拍拍實驗數據本上的煤灰。雖然關于如何繼續提高單次的脫汞效率、如何在溫度較高的情況下仍保持較高的脫汞效率等一些問題還需要董璐和伙伴們進行大量的實驗和研究，但那些為了課題而奮斗的日日夜夜并沒有白費，在第十一屆中韓清潔能源會議上，董璐的相關論文被邀請宣讀。“關于燃煤煙氣中的污染處理問題，人類還有很長的路要走，我們做的，不過站在前人的肩膀上往前挪了一小步。”

責任編輯：曹曉晨