摘要：論文綜述了近五年來國內(nèi)外汞控制技術(shù)研究現(xiàn)狀，非炭吸附劑脫汞研究，包括鈣基吸附劑，蛭石吸附劑，金屬吸附劑，金屬氧化物吸附劑等。炭基吸附劑特別是活性炭纖維、活性炭、改性活性炭吸附汞的理論研究及影響汞的吸附的各種因素并匯總列表，并認(rèn)為國內(nèi)公開研究的報(bào)道還處在實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)于汞排放的控制和實(shí)際解決環(huán)境問題是一個(gè)迫切的重大課題。

1、前言

汞是一種有害元素，而且是一種生物累積物質(zhì)，對(duì)人類健康威脅很大。目前認(rèn)為造成汞環(huán)境污染的來源主要是天然釋放和人為因素。汞在室溫下溶點(diǎn)為-38.87℃，沸點(diǎn)為356.90℃，是室溫下的液態(tài)金屬。汞較易揮發(fā)，在工業(yè)生產(chǎn)中，單純依靠冷凝方法是不可能的，在0℃下的汞的平衡濃度仍然有2174μg/m³。而HgO易揮發(fā)且難溶于水，形態(tài)相對(duì)比較穩(wěn)定， 且停留時(shí)間很長，易長距離輸送而形成大范圍的汞污染。全球每年排放到大氣中汞總量約為5000t，其中4000t是人為的結(jié)果。我國用汞量世界較大，2000年世界汞產(chǎn)量2000t，而中國對(duì)汞年使用量900多噸。中國2003年燃煤和非燃煤共向大氣中排放汞650t，其中有色金屬冶煉和燃煤的大氣汞排放分別占總排放量的52%和39%，非燃煤源向大氣排放汞393t，有色金屬冶煉332.18t，鋼鐵冶煉8.89t，石油燃燒7.53t。1995年中國燃煤汞的排放總量為302.9t，其中進(jìn)入大氣213.7t。中國排放的汞（水銀）已擴(kuò)散（吹向）到韓國、日本，甚至到達(dá)美國，報(bào)載韓國首爾上空48%的水銀物質(zhì)來自中國，美國強(qiáng)烈要求中國減少水銀排放量。所以汞污染防治形勢(shì)嚴(yán)峻，被世界公認(rèn)為繼硫污染之后又一大污染問題。有關(guān)汞在大氣中的排放、遷移、沉降和控制成為近年來大氣污染防治的研究熱點(diǎn)。

2、國內(nèi)外有關(guān)汞控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

有關(guān)汞排放的控制技術(shù)現(xiàn)階段研究報(bào)道較少，而燃煤電站汞排放的控制技術(shù)研究較多。這是由于燃煤電站排出的氣體量大，燃煤中排出的汞，濃度低，溫度高，汞形態(tài)復(fù)雜，脫汞較難所致。

煙氣進(jìn)入大氣，特別是單質(zhì)汞通過呼吸道進(jìn)入人體，或通過沉降大范圍污染土壤和地表水體，通過食物進(jìn)入人體，危害健康。對(duì)于燃煤煙氣汞排放控制，研究者們提出了各種各樣控制方法。

2.1 控制汞排放的方法

控制汞排放的方法目前有多種方法，但還沒有任何一種成熟的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，煤中汞一般與灰分，黃鐵礦等結(jié)合在一起，洗滌煤可除去一部分汞。利用現(xiàn)有煙氣污染物控制裝置脫去SO₂，NO_x，可以脫去一部分汞，在噴霧干燥脫硫系統(tǒng)（SDA）中可除去約90%的Hg²⁺。王立剛等發(fā)現(xiàn)燃煤過程中產(chǎn)生的飛灰可吸附一部分氣態(tài)汞。將飛灰重新注入煙氣中可進(jìn)一步捕集汞。

2.2 非炭基吸附劑脫汞

改性活性焦脫除煙氣中汞的實(shí)驗(yàn)研究。熊銀伍等應(yīng)用于干法的活性焦進(jìn)行吸附脫汞實(shí)驗(yàn)。活性焦通過用KClO₃，KCl等五種改性劑改性，對(duì)原焦來說有或多或少的提高。鈣基吸收劑對(duì)氣態(tài)單質(zhì)汞脫除的試驗(yàn)研究。劉海蛟等實(shí)驗(yàn)研究：汞入口濃度為24.2μg/m³時(shí)，每克鈣基吸收劑達(dá)到飽和吸附狀態(tài)時(shí)，僅6.361ng，用鈣基吸收劑脫除10kg汞需用1400t石灰。

蛭石吸附劑的研究。王建英，賀克雕，馬麗萍研究了用MnO₂和FeCl₃浸漬蛭石，吸附汞蒸氣能力大大提高，穿透率大大降低。馬麗萍等申請(qǐng)蛭石專利用浸漬鹽酸，對(duì)單質(zhì)汞吸附容量可達(dá)3.2-6.0μg/g。

貴金屬吸附劑。Pd，P，Au，Ir等貴金屬元素對(duì)汞有良好的吸附力，吸附劑僅通過提高溫度即可獲得再生。

金屬氧化物吸附劑。許多吸附劑對(duì)Hg²⁺吸附能力較好，但對(duì)HgO的吸附能力較差，限制了脫汞效率。

3、炭基吸附劑脫汞

3.1 活性炭纖維吸附法

活性炭纖維是三代炭基吸附劑，其對(duì)污染物的吸附性能大大優(yōu)于粉末狀活性炭和顆粒狀活性炭。活性炭纖維對(duì)汞的吸附效率較傳統(tǒng)顆粒活性炭高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。經(jīng)化學(xué)改性后可進(jìn)一步提高除汞能力。曾漢才對(duì)三種活性炭纖維進(jìn)行汞吸附試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，在70℃下，三種纖維活性炭對(duì)汞的吸附效率在65%-90%之間。

3.2 粉狀活性炭吸附法

在煙氣中噴入粉末狀活性炭是研究較為集中且較為成熟的一種除汞方法。粉末活性炭吸附汞后由其下游的除塵器，如靜電除塵器或布袋除塵器除去，此法投資小，但活性炭與飛灰混雜在一起，不能再生，活性炭利用效率低，耗量大，脫汞成本很高。

3.3 顆粒狀活性炭與改性活性炭吸附脫汞方法

顆粒活性炭對(duì)汞的吸附是一個(gè)多元化的過程。包括吸附、凝結(jié)、擴(kuò)散以及化學(xué)反應(yīng)等過程，與活性炭本身物理性質(zhì)（顆粒粒徑、孔徑、表面積、表面基團(tuán)等），溫度，煙氣氣體成分，煙氣濃度，操作時(shí)的停留時(shí)間，C/Hg比例等因素有關(guān)。直接應(yīng)用活性炭主要障礙是運(yùn)行成本高。要降低運(yùn)行成本，提高活性炭的吸附能力。主要研究改性活性炭。

3.3.1 活性炭量對(duì)除汞效率的影響

王軍輝等隨著炭量的增加，汞去除效率提高，t=120min，去除率由0.2g活性炭時(shí)的37.3%上升到0.4g時(shí)的86.8%。認(rèn)為汞初始濃度隨著濃度的增加去除率下降，t=120min去除率由14.8μg/nm³的90.1%下降到52.5μg/nm³的59.6%，但相對(duì)于去除量而言，濃度高則相對(duì)去除量大。

高洪亮等隨著炭汞比例的增加，在吸附時(shí)間相同時(shí)，完全穿透時(shí)間延長，脫汞能力增加。但是當(dāng)炭汞比例增加到一定程度，繼續(xù)增加，汞去除效率提高不大。

3.3.2 單質(zhì)汞入口含量對(duì)活性炭吸附除汞的影響

任建莉等測定隨著HgO入口含量的增加，活性炭的吸附量也增加。

3.3.3 反應(yīng)溫度的影響

王軍輝等在室溫和煙氣實(shí)際溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，去除效率降低。

任建莉，高洪亮認(rèn)為對(duì)于所有炭基吸附劑，隨著吸附溫度的升高，吸附效率下降，但并非呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)。

在文獻(xiàn)中所列數(shù)據(jù)因測量時(shí)間1h左右，所以顯得吸附量大，根據(jù)吸附規(guī)律，此數(shù)據(jù)可能還沒有達(dá)到穿透。初期活性炭吸附中心較多，反應(yīng)速度快所致。

3.3.4 改性活性炭對(duì)煙氣中汞吸附的影響

直接采用活性炭吸附除汞效率雖較高，然而為了獲得消耗更少、性能更高的脫汞活性炭，對(duì)活性炭進(jìn)行化學(xué)改性，以提高活性炭吸附性能力，減少消耗量，降低成本，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了很多研究。

采用活性MnO₂浸漬，F(xiàn)eCl₃浸潰、載硫、載溴、載氯、載硫化鈉等方法。孫巍等進(jìn)行了各種元素或化合物載于活性炭脫汞的試驗(yàn)研究，利用氮?dú)庾鬏d氣將溴蒸氣通入活性炭內(nèi)，負(fù)載氯的方法與載溴相同，載硫方法取硫粉和活性炭混合，在通N₂保護(hù)下，滲透得到不同溫度下載滲硫活性炭，也把硫用三氯甲烷為溶劑，采用液相浸漬法，硫化鈉也相同。

高洪亮等用濃HNO₃和Mn(NO₃)₂混合液中加入KMnO₄固體和活性炭攪拌均勻烘干后，得到活性MnO₂浸漬的活性炭。向去離子水中投入FeCl₃固體，及活性炭攪拌，烘干后，得到FeCl₃浸漬的活性炭吸附劑。

浸MnO₂的活性炭有效吸附時(shí)間（即汞吸附達(dá)到飽和）比原炭延長3倍。活性炭注MnO₂浸漬后，吸附能力大大提高，主要是因吸附過程除物理吸附外，還發(fā)生了較為強(qiáng)烈的化學(xué)吸附過程，化學(xué)反應(yīng)式如：2Hg+MnO₂→Hg₂MnO₂。

活性炭用三氯化鐵浸漬后吸附效果也有很大提高，改性后100min吸附后穿透率仍在25%，2FeCl₃+Hg→HgCl₂+2FeCl₂

滲硫后活性炭尤其是600℃，除汞效率有較大提高，Hg+S→HgS。

表1脫汞吸附劑及活性炭對(duì)汞的吸附量文獻(xiàn)表

當(dāng)活性炭在載溴量為0.33%，汞的飽和吸附量約為0.2mg/g，約為原始活性炭的80倍左右。140℃時(shí)單質(zhì)溴與所吸附的單質(zhì)汞摩爾比大致為20：1，而兩者的反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比為1：1，由此可以推斷在溫度較高的吸附過程中，有大部分單質(zhì)溴從活性炭上解析而流失，溴的利用率僅為5%。

結(jié)語

（1）在脫汞吸附中活性炭脫汞是眾多吸附劑中研究較多，比較成熟的吸附劑，活性炭脫汞普遍認(rèn)為是化學(xué)吸附起主要作用，物理吸附量很少。對(duì)未負(fù)載或浸漬改性的活性炭一般效率較低。若表面含有S、Cl元素對(duì)脫汞有利，效率提高。

（2）用氯化物或硫化物，單體硫進(jìn)行改性后吸附劑效率有明顯提高，是一類有工業(yè)應(yīng)用前景的吸附劑。尤其是滲硫活性炭更具前景。

（3）用活性炭或改性活性炭脫汞，研究主要在一些大學(xué)，但仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。加強(qiáng)汞污染控制，開發(fā)適合國情的汞污染控制技術(shù)設(shè)備和吸附劑，對(duì)于解決生態(tài)環(huán)境大氣污染問題有著十分迫切的需要和深遠(yuǎn)的意義。