【摘要】：大氣中的汞一般具有持久性、易遷移性和高度的生物富集性，可隨大氣循環(huán)擴(kuò)散至全球，經(jīng)干濕沉降后進(jìn)入水體和土壤，在生物甲基化反應(yīng)的作用下還可形成劇毒的甲基汞，對(duì)人群健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極大的威脅，已成為全球廣泛關(guān)注的環(huán)境污染物之一。燃煤汞排放是大氣中汞的主要來(lái)源，因此有效控制燃煤汞排放，并開發(fā)出具有發(fā)展前景的汞污染控制技術(shù)是我國(guó)環(huán)境汞污染控制的重中之重。利用燃煤電站現(xiàn)有的污染物控制裝置實(shí)現(xiàn)汞的協(xié)同處理是實(shí)現(xiàn)燃煤電廠汞污染控制最為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法，研究發(fā)現(xiàn)選擇性催化還原（SCR）脫硝催化劑在促進(jìn)氮氧化物還原的同時(shí)，對(duì)汞的脫除也有一定的促進(jìn)作用，但其催化性能并不理想，且商用SCR催化劑所需要的溫度操作區(qū)間較高（300oC），容易發(fā)生空氣預(yù)熱器和催化劑的堵塞和腐蝕。因此研發(fā)具有高脫汞性能的低溫（300oC）SCR脫硝催化劑，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤煙氣中氮氧化物和汞的協(xié)同處理，而且可避免催化劑的磨損，增長(zhǎng)催化劑的使用壽命，對(duì)燃煤汞污染控制具有重要的理論、經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。 本文簡(jiǎn)要介紹了汞的理化性質(zhì)、用途及危害，論述了大氣環(huán)境中汞的主要來(lái)源以及國(guó)內(nèi)外在燃煤煙氣中汞污染控制方面的主要技術(shù)方法；介紹了SCR脫硝的基本原理和工藝流程，論述了國(guó)內(nèi)外在低溫SCR脫硝催化劑方面的發(fā)展概況。在此基礎(chǔ)上，選用活性炭纖維（ACF）和酸性沸石分子篩（HZSM-5）類低溫SCR脫硝催化劑進(jìn)行脫汞和協(xié)同脫硝脫汞的實(shí)驗(yàn)，以期開發(fā)出高效的燃煤煙氣汞污染控制技術(shù)。 實(shí)驗(yàn)部分首先制備負(fù)載型的ACF和HZSM-5催化劑，模擬研究催化劑的制備方法、活性組成、反應(yīng)溫度以及煙氣組分對(duì)催化劑Hg~0脫除性能的影響；對(duì)反應(yīng)前后的催化劑分別進(jìn)行物理化學(xué)表征，研究Hg~0在催化劑氣固兩相傳質(zhì)的規(guī)律以及在催化劑表面的物理化學(xué)行為，闡明催化劑對(duì)Hg~0氧化的作用機(jī)理。 在分析Hg~0在催化劑表面氣固兩相的傳質(zhì)規(guī)律、物理化學(xué)行為和Hg~0的氧化作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，篩選脫汞性能較好的催化劑，在實(shí)驗(yàn)室模擬研究其對(duì)燃煤煙氣中的氮氧化物和汞的聯(lián)合脫除性能，分析催化劑組分、反應(yīng)溫度、煙氣成分對(duì)催化劑同時(shí)脫汞和脫硝效率的影響；對(duì)反應(yīng)前后的催化劑分別進(jìn)行物理化學(xué)表征，運(yùn)用Hg~0在催化劑表面的脫除機(jī)理以及NO在催化劑表面的作用機(jī)理揭示脫硝和脫汞之間的相互作用機(jī)制。 以上研究結(jié)果顯示：①低溫SCR脫硝催化劑CeO_2/ACF對(duì)Hg~0的脫除效率隨著反應(yīng)溫度的升高呈先升高后減小的趨勢(shì)，并在150oC時(shí)達(dá)到最大值。CeO_2/ACF中的CeO_2的負(fù)載量對(duì)Hg~0的去除反應(yīng)具有很大影響，在負(fù)載量為6%時(shí)對(duì)Hg~0的脫除效率達(dá)到最高的90%。另外煙氣組分中有O_2存在時(shí)，SO_2和NO可以提高CeO_2/ACF的脫汞效率，但是煙氣中存在的H2O對(duì)CeO_2/ACF的脫汞效率表現(xiàn)出一定的抑制作用。②相較于其它商業(yè)用SCR催化劑，CeO_2/ACF表現(xiàn)出了良好的低溫同時(shí)脫硝脫汞性能，特別是在反應(yīng)溫度為200oC時(shí)，CeO_2負(fù)載量為11%時(shí)，CeO_2/ACF對(duì)Hg~0的脫除效率達(dá)到最佳的90%，對(duì)NO的脫除效率雖不是最佳值，但依然達(dá)到了82%，展現(xiàn)出良好的實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硝脫汞的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。③CeO_2/HZSM-5催化脫汞的活性溫度區(qū)間較寬，其在200~280oC的溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出良好的脫汞性能。而CuO/HZSM-5催化脫汞的活性溫度區(qū)間較窄，只有當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到240oC時(shí)，其對(duì)Hg~0的脫除性能高才能達(dá)到最佳。這一結(jié)果表明相較于CuO，CeO_2更有利于Hg~0的脫除。④對(duì)CuO/HZSM-5的同時(shí)脫硝脫汞實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)溫度為250oC時(shí)，6%CuO/HZSM-5對(duì)Hg~0的脫除效率達(dá)到了最佳的90%，其脫硝效率也處于較高的90%左右，且催化劑CuO/HZSM-5的再生工藝較為簡(jiǎn)單，這一結(jié)果預(yù)示著CuO/HZSM-5有著良好的實(shí)現(xiàn)低溫同時(shí)催化脫硝脫汞工業(yè)應(yīng)用的價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X701
【圖文】：

汞被認(rèn)為是一種環(huán)境污染物而受到廣泛的重視，始于 1956 年在日本熊本生的“水俁病”事件，當(dāng)時(shí)造成多達(dá) 2262 人產(chǎn)生汞中毒癥狀，此后因汞的流行病學(xué)事件更是層出不窮，其中造成危害最大，后期影響最為深遠(yuǎn) 年爆發(fā)于伊拉克境內(nèi)的汞污染事件，有多達(dá) 6000 于人出現(xiàn)汞中毒癥狀直接死于汞中毒[8-13]。另外，汞還是一種全球性的污染物，是除了溫室一一種可在全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)，如上世紀(jì)末期，研究人員發(fā)圈附近的一些水域中，水生生物體內(nèi)的汞含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其環(huán)境背景值，O 公布的生物體內(nèi)汞含量標(biāo)準(zhǔn)值還要高，但是當(dāng)?shù)丨h(huán)境中并沒有直接的[14]。北美和歐洲的一些研究人員在其境內(nèi)同樣觀察到在一些沒有明顯汞地區(qū)，而當(dāng)?shù)氐囊恍┧蚝屯寥乐袇s存在著明顯度的汞污染，研究人員這種情況的發(fā)生與汞在大氣中的長(zhǎng)距離運(yùn)送有關(guān)[15-17]，圖 1.1 為全球汞圖。

圖 1. 2 全球大氣汞濃度的空間分布圖大氣中汞的來(lái)源主要包括人為源和自然源，如表 1.3 所示。大氣中汞的自然來(lái)源主要包括火山噴發(fā)、地殼活動(dòng)、土壤、水體的釋汞作用、植物表面的蒸騰作用、以及森林火災(zāi)等，由自然原因釋放到大氣中的汞主要是單質(zhì)汞，另外還包括一些二甲基汞、揮發(fā)性無(wú)機(jī)汞化合物等[35]。大氣中汞的人為來(lái)源主要來(lái)自于人類在生產(chǎn)、使用、消耗汞的過(guò)程中釋放的汞[36]。具體來(lái)說(shuō)，包括：① 在礦石燃料的燃燒、金屬冶煉等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣所攜帶的汞；② 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含汞廢水的灌溉、含汞廢物的施肥及施用含汞農(nóng)藥的過(guò)程中，汞會(huì)被釋放而進(jìn)入大氣；③ 城市生活垃圾、廢物、工業(yè)垃圾、醫(yī)療廢物及含汞污泥等廢物的焚燒處理過(guò)程中，會(huì)有大量的汞被釋放進(jìn)入大氣。全球每年向大氣排放汞的總量約為 5000 噸，其中約 3/4 是人為活動(dòng)的結(jié)果，據(jù)美國(guó) EPA 的評(píng)估結(jié)果，每年人為向大氣排放的汞占全年大氣汞排放總量的50~75%，而由化石燃料和垃圾焚燒而釋放進(jìn)入大氣的汞占到大氣汞人為排放總量

博士學(xué)位論文含量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[48-50]。燃煤中汞元素的量很少，但由于數(shù)量眾多的燃煤消耗的汞，由此帶來(lái)大量環(huán)境問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，從 1978 年煤行業(yè)向大氣釋放的汞累計(jì)已有 2000 多噸，汞年均釋1]。美國(guó)科學(xué)家和我國(guó)清華大學(xué)的郝吉明院士通過(guò)對(duì) 1得出，當(dāng)年我國(guó)全年向環(huán)境釋放了大約 500 多噸的汞關(guān)，如圖 1.3 所示[52, 53]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2791749