中國的能源供給嚴重依賴于煤炭，燃煤排放的汞污染日益嚴重，已成為汞排放量最大的國家，燃煤汞排放的控制亟需解決。本研究從廉價高效的角度出發(fā)，制備了多種復合礦物吸附劑。項目前期研究了以碳酸鈣、高嶺土和氧化鈣為載體負載錳氧化物的礦物吸附劑，在實驗室固定床反應器上對吸附劑的脫汞性能進行研究。實驗結果表明，錳鹽前驅體類型顯著影響脫汞性能，MnCl2改性吸附劑的脫汞性能優(yōu)于Mn(NO3)2改性吸附劑，活性物質在吸附劑表面形貌不同是兩者吸附性能差異的主要原因；吸附劑經(jīng)過高溫焙燒形成的MnOx和活性氯對Hg0有較強的吸附作用。通過實驗確定了吸附劑的最佳制備條件和最佳脫汞溫度窗口(300-400℃)，最高脫汞率達到90%以上。煙氣氣氛中4%的O2能有效的補充MnOx發(fā)生氧化反應過程中消耗的晶格氧，是維持高脫汞性能的關鍵。煙氣中微量的SO2和HCl對脫汞有一定的抑制作用，而NO對汞的脫除有一定的促進作用。吸附劑進行摻雜Fe改性后，抗硫性能得到了顯著的提高。在上述研究基礎上，以赤泥為吸附劑載體，通過酸化處理和負載CuOx制備得到脫汞吸附劑。研究表明，最佳的制備條件為：加酸量液固比為15，銅浸漬量為12 %，吸附劑的最佳反應溫度為250℃；10-20 ppm的HCl氣體可生成氯自由基促進Hg0的氧化，從而促進汞的脫除，且HCl濃度越大，促進作用越顯著；200-400 ppm的二氧化硫氣體可能與氣態(tài)汞存在競爭吸附，而抑制脫汞反應；NO的存在起到促進作用。通過對改性前后的吸附劑的XRD、TG/DTG分析確定主要活性物質是CuO。通過項目研究，闡明了汞—吸附劑—氣相組分之間反應競爭協(xié)同機制，為低階煤利用過程中的污染物一體化控制和固體廢棄資源化利用提供技術和基礎數(shù)據(jù)。在項目執(zhí)行期間，培養(yǎng)碩士研究生7名。已在國外本學科主流刊物和重要國際會議發(fā)表論文12篇，國際會議分會報告5篇；申請權專利1項。

煤炭綜合利用釋放的汞是最大的人為汞排放源。我國隨美國等發(fā)達國家后也頒布了針對燃煤電廠的汞排放標準，控制煤利用過程中的汞排放已迫在眉睫。利用現(xiàn)有污染物控制設備實現(xiàn)汞及多種污染物的聯(lián)合脫除是目前主要的研究和發(fā)展方向。前期研究結果表明，再生紙工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的礦物廢渣經(jīng)過高溫有氧活化后，在200-900 ℃對單質汞有一定的吸附能力，但有關礦物組成及熱活化過程中的礦物演化、固體表面與氣態(tài)單質汞的非均相吸附機理等問題尚待進一步研究。本項目通過直接選取再生紙礦物廢渣或模擬配置類似組成的礦物吸附劑，并對上述兩類吸附劑進行改性，利用得到的一系列吸附劑進行中溫脫汞（200-750℃）及氣態(tài)汞和多種污染物的聯(lián)合脫除機理研究。本項目基于在實現(xiàn)低階煤的資源化利用的同時聯(lián)合脫除汞等有害污染元素的原則開展研究，通過實驗和模擬計算相結合的方法，闡明礦物演化與氣態(tài)汞吸附性能間的定量關系，研究汞—吸附劑—氣相組分之間多相、多組分反應競爭協(xié)同機制，為低階煤利用過程中的污染物一體化控制和固體廢棄資源化利用提供科學依據(jù)。

燃煤是最大的人為汞排放源，燃煤汞污染及其控制近年來引起了國際社會的高度關注。2011年美國EPA及我國環(huán)保部均頒布了針對燃煤電廠的汞排放標準，控制燃煤汞的排放已迫在眉睫。利用現(xiàn)有污染物控制設備在控制其它污染物的同時實現(xiàn)汞的脫除是一種極具競爭力汞排放控制方法。傳統(tǒng)釩基SCR催化劑對低階煤煙氣中汞的氧化效率低下是該技術的瓶頸。申請者曾采用低溫鈰基SCR催化劑實現(xiàn)了無HCl條件下汞的高效氧化，有望克服商業(yè)釩基SCR催化劑的局限性。本項目基于該類催化劑，結合大量的實驗和模擬計算，研究其對NOx與汞的協(xié)同控制，在保證NOx高效脫除的基礎上協(xié)同實現(xiàn)燃煤煙氣中汞的高效氧化，明確SCR脫硝與汞氧化過程間的相互關系；考察催化劑特征、工況條件、煙氣氣氛等因素對汞氧化的影響，建立汞氧化多相反應動力學模型，定量揭示汞的催化氧化機理，闡明催化劑中毒/抗中毒機制；以期為實現(xiàn)燃煤污染物的一體化脫除提供可靠的科學依據(jù)。

燃煤煙氣中的汞是隨煤燃燒釋放出來的有毒痕量元素, 它在煙氣中的存在形式主要有: 元素汞, 氧化態(tài)汞和粒子態(tài)汞。其中, 以元素汞最難被脫除。由于汞的毒性及生物累積性, 在世界范圍內, 對汞的大氣排放限定日趨嚴格, 作為燃煤大國的中國也已意識到治理汞排放的重要性和緊迫性。在治理煙氣汞排放的技術中, 多種污染物的綜合防治技術日益受到青睞和重視, 原因是它能夠充分利用現(xiàn)有的, 治理其它燃煤污染物的技術和設施, 達到同時降低汞和其它污染物排放的目的。但該技術要求煙氣中的汞大部分以氧化態(tài)形式存在, 從而可以在除塵設備或脫硫裝置中被除去。因而確立單質汞的氧化途徑是關鍵。本課題擬通過對汞異相反應的探討，完善汞的氧化機理研究，為實現(xiàn)多種污染物綜合防治提供理論基礎。本研究結果將提高人們對燃煤點源汞形態(tài)分布的認識；對推動國際上廣受重視的電廠汞排放治理和我國相對薄弱的汞污染研究的開展和深入也具有一定意義。

燃煤過程是我國大氣汞排放的主要來源之一，控制燃煤過程大氣汞排放是我國履行國際汞公約，保障人民生命健康安全的必然要求。燃煤煙氣中汞的形態(tài)分布是實現(xiàn)燃煤大氣汞排放控制的關鍵參數(shù)，因此闡明燃煤煙氣中汞在飛灰表面的非均相反應和形態(tài)轉化機制至關重要。本項目通過燃煤飛灰的理化特征表征和升溫脫附，分析了飛灰的理化性質，識別了飛灰中吸附的汞化合物；采用固定床實驗裝置，結合量子理論模型計算，研究了不同煙氣組分和飛灰成分在汞吸附和氧化過程中的作用； 建立了基于單分子吸附Eley-Rideal機理的煙氣汞非均相氧化機理模型，并進行了實驗數(shù)據(jù)驗證。項目的主要結論包括：（1）燃煤飛灰的主要成分包括未燃盡炭和Si、Al、Ca、K、Ti、S、O、Fe、Mn等無機成分，同一電廠飛灰的比表面積與燒失量成正比，汞吸附量與比表面積正相關；（2）飛灰中的汞以不同的汞化合物存在，主要包括HgCl2（Hg2Cl2）、黑色HgS和HgO三種。（3）常溫煙氣中的Hg0在飛灰表面的物理吸附極不穩(wěn)定，短時間靜置后飛灰表面的Hg0基本全部脫附；模擬電除塵器140℃的溫度環(huán)境中，未在飛灰表面檢測到Hg0的物理吸附。（4）對汞的氧化起主要作用的煙氣組分為HCl和NOx，O2對汞的氧化有促進作用，SO2和NH3則抑制汞的氧化。（5）飛灰中未燃盡碳（UBC）和Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物對汞形態(tài)轉化起關鍵作用；UBC為煙氣中Hg非均相反應提供反應表面；Al2O3、Fe2O3、TiO2對煙氣中的Hg有富集效果，SiO2, CaO and MgO 對汞沒有富集作用。（6）汞和HCl在飛灰表面的非均相反應符合單分子吸附Eley-Rideal機理，即吸附態(tài)的HCl分子與氣態(tài)的汞發(fā)生反應，生成汞的氯化物。本研究加深了對燃煤煙氣中汞的化學轉化機制的認識，為準確預測燃煤汞排放、研發(fā)新的燃煤汞污染控制技術提供理論基礎。項目研究成果共發(fā)表論文5篇，其中SCI論文2篇（1篇印刷中） ，另有1篇論文擬投稿。