《燃煤煙氣中汞在飛灰表面的非均相反應機理研究》是依託清華大學，由王書肖擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燃煤煙氣中汞在飛灰表面的非均相反應機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王書肖
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燃煤汞污染是是威脅我國公眾健康和生態安全的重要環境問題。飛灰對燃煤煙氣中汞的形態轉化起著至關重要的作用，不同形態的汞物理化學性質、環境影響和控制方法不同，因此闡明燃煤煙氣中汞在飛灰表面的非均相反應機制至關重要。本項目針對我國典型煤種開展燃煤煙氣汞在飛灰表面的微觀非均相反應機理及影響因素研究。分析飛灰的物理化學特徵，通過量子化學計算和煙氣汞形態轉化機理實驗，確定飛灰中對煙氣汞形態轉化起關鍵作用的化學成分；開展飛灰吸附和氧化汞的模擬實驗，考察汞在飛灰表面非均相反應的活性物種和中間產物，識別汞在飛灰表面上的吸附和化學反應路徑，揭示煙氣中汞化學形態轉化的非均相反應機制及不同煙氣成分對汞和飛灰非均相反應的影響。通過本研究，有望在燃煤煙氣中汞的化學轉化機制方面取得新的認識和進展，提高對我國燃煤大氣汞排放和形態轉化規律的認識，為準確預測燃煤汞排放、研發新的燃煤汞污染控制技術提供理論基礎。
結題摘要
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分布是實現燃煤大氣汞排放控制的關鍵參數，因此闡明燃煤煙氣中汞在飛灰表面的非均相反應和形態轉化機制至關重要。本項目通過燃煤飛灰的理化特徵表征和升溫脫附，分析了飛灰的理化性質，識別了飛灰中吸附的汞化合物；採用固定床實驗裝置，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； 建立了基於單分子吸附Eley-Rideal機理的煙氣汞非均相氧化機理模型，並進行了實驗數據驗證。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定，短時間靜置後飛灰表面的Hg0基本全部脫附；模擬電除塵器140℃的溫度環境中，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，即吸附態的HCl分子與氣態的汞發生反應，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。
