金屬硫化物納米材料上汞的吸附固定機制及穩定性研究

《金屬硫化物納米材料上汞的吸附固定機制及穩定性研究》是依託中南大學，由李海龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬硫化物納米材料上汞的吸附固定機制及穩定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李海龍
• 依託單位：中南大學

項目摘要

燃煤汞污染及其防治近年來引起了國際社會的高度關注。隨著《水俁公約》的生效，我國面臨著保護環境與履行國際汞公約的雙重壓力，亟待加強燃煤汞污染防治工作。利用非炭基吸附劑，在顆粒物控制設備前將單質汞高效轉化成顆粒態汞，在控制顆粒物排放的同時實現汞的高效、協同脫除，是一種極具競爭力的燃煤汞污染控制方法。本項目針對傳統研究對金屬硫化物非炭基吸附材料煙氣脫汞認識的偏差和不足，首次提出採用高比表面積金屬硫化物納米材料進行煙氣脫汞的新思路；採用箱體實驗、固定床實驗以及噴射實驗，系統研究金屬硫化物納米材料脫汞的特性和規律；綜合量子化學密度泛函理論、吸附動力學理論以及計算流體力學理論，定量描述金屬硫化物納米材料上汞吸附、固定的全過程；開發金屬硫化物納米材料煙氣脫汞新技術，並評價後續飛灰資源化利用或安全處置過程中汞的穩定性；以期為我國防治大氣汞污染和履行國際汞公約提供科學依據與技術支撐。

結題摘要

燃煤汞污染及其防治近年來引起了國際社會的高度關注。隨著《水俁公約》的生效，我國面臨著保護環境與履行國際汞公約的雙重壓力，亟待加強燃煤汞污染防治工作。利用非炭基吸附劑，在顆粒物控制設備前將單質汞高效轉化成顆粒態汞，在控制顆粒物排放的同時實現汞的高效、協同脫除，是一種極具競爭力的燃煤汞污染控制方法。本項目針對傳統研究對金屬硫化物非炭基吸附材料煙氣脫汞認識的偏差和不足，首次提出採用高比表面積金屬硫化物納米材料進行煙氣脫汞的新思路，主要開展了以下五方面研究：(1)高比表面積金屬硫化物納米材料製備；(2)金屬硫化物納米材料對煙氣單質汞的脫除；(3) 定量揭示金屬硫化物納米材料上汞的吸附及固定機制；(4) 評價金屬硫化物納米材料煙氣脫汞技術對飛灰後續資源化利用或安全處置的影響；(5) 建立基於金屬硫化物納米材料的燃煤煙氣脫汞方法和系統。主要結論如下：(1) 比表面積是影響金屬硫化物脫汞性能的關鍵因素，增大比表面積可以促進ZnS的脫汞能力。在180 °C時，Nano-ZnS對Hg0的吸附作用最強，汞吸附量超過497.8 μg·g-1；（2）無O2存在時，低濃度NO對Nano-ZnS的脫汞性能幾乎無影響，而高濃度的NO對其有微弱的抑制作用。但添加O2後，生成的NOx明顯的抑制Nano-ZnS的脫汞性能，並且抑制作用隨著NOx的濃度的增大而加強；（3）紫外光照射下，Nano-ZnS在室溫-240℃的寬溫度範圍內均展現了優異的脫汞能力，Nano-ZnS的光催化劑特性使其脫汞效率脫離溫度限制；（4）Nano-FeS2、Nano-CuFeS2、Nano-CuS均為性能優異的汞吸附劑，其最佳脫汞反應溫度分別為80 °C、60 °C、75 °C，與商業活性炭相比，納米金屬硫化物的Hg0吸附容量及吸附速率都更為優異。 (5) ZnS(110)表面的Hg和Zn分別有強烈的軌道雜化，意味著Hg0和Zn形成鋅汞齊，和S形成HgS。Hg0能夠和Cl自由基直接以Eley-Rideal (E-R)機理反應生成HgCl2。（6）不同汞吸附量的Nano-ZnS樣品的TCLP浸出汞濃度均遠低於TCLP標準中汞的安全濃度值25 μg/L。吸附汞後的Nano-ZnS在飛灰再利用（熱處理）條件下不會造成汞的二次污染。以上研究結果可為開發金屬硫化物納米材料煙氣脫汞新技術提供可靠的科學依據。