跟蹤歐盟、德國和美國燃煤煙氣汞排放標準，我國燃煤煙氣汞排放標準將逐步趨嚴，而控制手段勢必由當前協(xié)同脫汞向高效脫汞過渡。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，高效煙氣脫汞技術的研究主要集中在氧化吸收法、吸附法和催化氧化法等三個方面。

2.1氧化吸收技術

近些年，國內(nèi)外在煙氣脫汞方面開展了一些類似的研究，主要體現(xiàn)如下幾個方面:

(1)O3脫除法，由于O3具有強氧化性，曾作為氧化劑用來氧化Hg0，以實現(xiàn)煙氣脫汞，結(jié)果表明，當反應溫度為423K時，Hg0的氧化效率可達到89%。利用O3將煙氣中不溶于水的元素態(tài)汞氧化成易溶于水的二價汞，然后在脫硫塔內(nèi)對其進行洗滌脫除。

鑒于臭氧良好的氧化效果，美國勞倫斯伯克利國家實驗室提出了用黃磷乳濁液代替臭氧作為氧化劑。當黃磷乳濁液噴淋煙氣并與其逆流接觸時，黃磷與煙氣中的氧氣反應產(chǎn)生O3和氧原子(O)，二者可氧化煙氣中的Hg0并被濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的石灰石漿液吸收，實現(xiàn)煙氣脫汞。

(2)氯系物種法，鑒于該類物質(zhì)在水處理工程應用中表現(xiàn)出的良好氧化性能，利用Na-ClO2在石灰石漿液中進行了汞脫除的實驗室規(guī)模的試驗。為了改進脫除效率及降低成本，也在鈣基濕法脫硫條件下進行了亞氯酸鈉復合吸收劑脫汞實驗，取得了良好的效果。

(3)過氧化氫為氧化劑，紫外光照射過氧化氫方法，開展了煙氣脫汞實驗研究。

(4)脈沖電暈放電法，脈沖電暈放電過程可產(chǎn)生活性自由基和氧化物種，它們能較好的氧化Hg0。

(5)尿素+KM-nO4法，通過濕法洗滌方式，利用復合吸收劑與煙氣中的Hg0反應實現(xiàn)了氧化吸收脫除。

(6)“富氧型”高活性吸收劑法，利用粉煤灰、石灰石和添加劑制備了“富氧型”高活性吸收劑，采用半干法方式實現(xiàn)了煙氣脫汞。

(7)高鐵酸鉀法，該方法可實現(xiàn)高效脫汞。

(8)超價金屬氧化法，趙毅等合成了具有高氧化性的系列超價金屬氧化物，并實現(xiàn)高效脫汞。上述研究為后續(xù)研究提供了有益的參考，但均存在不同程度的不足。

對于(1)，即以O3作為氧化劑，存在需增設臭氧發(fā)生器和氣格柵、發(fā)生時需高能耗、O3氣體不穩(wěn)定，高溫下容易分解，貯存和運輸困難等缺陷，增加了投資和運行費用;

對于(2)，即以氯系物種為氧化劑，由于亞氯酸鈉價格偏高，且為了提高脫汞效率，需增加試劑用量，從而導致運行費用增加，同時在脫除產(chǎn)物種有氯離子超標的危險;

對于(3)，即以過氧化氫為氧化劑，雖然在試劑價格和脫除產(chǎn)物的無二次污染方面有一定優(yōu)勢，但脫汞效率偏低，無法滿足排放標準;對于脈沖電暈放電法，存在明顯的高能耗問題;對于尿素+KMnO4法，存在吸收劑費用高和二次錳污染問題;

而(6)采用富氧型”高活性吸收劑，存在脫汞偏低，無法滿足排放標準，及現(xiàn)有脫除設備需改造的不足。

對于(7)，存在吸收劑穩(wěn)定性和經(jīng)濟性方面的問題。

對于(8)，需要解決工藝條件與石灰石石膏法運行條件如何匹配的問題。鑒于上述問題，作者團隊開展一系列系統(tǒng)研究，主要如下:

(1)針對濕式氧化體系在氣液傳質(zhì)方面存在一定局限性，導致氧化劑利用率低、氣液傳質(zhì)阻力大和氧化速率慢等問題。提出了一種類氣相預氧化煙氣一體化脫硫脫硝脫汞模式，制備了多種適宜熱活化的復合氧化劑，證實了熱活化方式可顯著提高復合氧化劑的分散度和反應活性，極大地提升了反應接觸面積、化學反應速率和傳質(zhì)速率，在較低氧化劑/汞摩爾比下實現(xiàn)了Hg0的選擇性快速高效氧化，且在類氣相預氧化反應體系中可與濕法脫硫系統(tǒng)耦合，進而實現(xiàn)一體化脫硫脫汞的目標。

(2)氧化法煙氣凈化技術的核心是高活性氧化物種的制備及其反應行為的解析研究，為此系統(tǒng)研究了氣相和液相氧化反應中的煙氣凈化過程自由基化學，重點探究了羥基自由基、硫酸根自由基、氯氧自由基和二氧化氯等高活性氧化物種的生成機理及詳細反應路徑，確證了過氧化氫、過硫酸鹽和亞氯酸鹽為上述4種物種的優(yōu)良前體物，光催化和熱催化是誘導自由基產(chǎn)生的關鍵因素。

在復雜煙氣氛圍下，羥基自由基、硫酸根自由基、氯氧自由基和二氧化氯可協(xié)同深度氧化Hg0，在氣液相反應中呈現(xiàn)出良好的氧化能力。

2.2活性炭吸附脫汞

和其它脫汞技術相比，活性炭吸附脫汞技術的研究和實際應用相對成熟。研究人員對活性炭的物理和化學性質(zhì)、吸附脫汞條件、影響脫汞效率的因素開展了較系統(tǒng)的研究。一般認為活性炭表面官能團的種類和數(shù)量在吸附和氧化汞的過程具有重要作用，通過鹵族元素摻雜、金屬及其化合物改性和低溫等離子體技術處理等方式可增加活性炭表面的活性位點，從而提高煙氣脫汞的能力。

對于純活性炭，其表面的含氧官能團主要有羥基(—OH)、羰基(C=O)、羧基(—COOH)和內(nèi)酯基等，吸附汞的過程為這些官能團參與的氧化反應，其中C=O和—COOH為汞吸附的主要物種。為了提高效率，羅光前等利用低溫等離子體、煅燒和酸處理等方法來改善活性炭表面的含氧官能團數(shù)量和種類。

深入的研究表明，活性炭對汞的吸附作用包括物理吸附和化學吸附，當溫度高于100℃，活性炭的比表面積對脫汞性能的影響較弱，此時影響脫汞性能的官能團主要為酯基和羰基，可見增加活性炭中酯基和羰基官能團的數(shù)量可有效提高活性炭脫汞性能，且酯基官能團對汞的吸附能力高于羰基官能團。

任建莉等系統(tǒng)研究了第三代活性炭材料—活性炭纖維(ACF)，利用硝酸活化、半脫附和空氣活化等處理手段改善ACF的吸附性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其脫汞性能均有顯著提升。此外，與純ACF相比，改性后的ACF表面含氧基團C=O和—COOH的含量明顯增加。

研究還證實，載銀活性炭纖維的含氧基團以C—O基團為主，其銀負載后形成Ag—O—C配位鍵活性位點可吸附汞生成銀汞齊。其單位汞吸附量達到5.4559mg/g，是純ACF(其單位汞吸附量僅為0.1653mg/g)的33倍，顯著提高了脫汞效率。

在活性炭改性研究中，鹵素元素的應用較為廣泛。孫巍等通過一系列實驗研究后發(fā)現(xiàn)，負載氯化硫的活性炭可在140℃條件下達到90%以上的吸附脫汞效率，且吸附脫汞效率能隨負載量的增加而增加;但當溫度升至或超過180℃后，吸附脫汞性能急劇下降。

進一步的研究發(fā)現(xiàn)載溴活性炭對提升汞的吸附能力和增加反應速率具有重要相關性。但在SO2存在的條件下，載溴活性炭吸附效率受到抑制。周強等利用搭建的模擬煙氣活性炭噴射脫汞實驗裝置比較了活性炭和溴改性活性炭在吸附脫汞方面的性能差異，發(fā)現(xiàn)活性炭粒徑小、噴射后停留時間長和煙氣汞濃度增加等因素均可增加脫汞效率，但升高煙氣溫度可導致脫汞效率降低。

碘改性活性炭對汞的捕集能力強于溴化物改性的活性炭，同時建立了一種通用的動力學方程來預測碘改性活性炭吸附脫汞曲線。

由于燃煤電廠工況煙氣組分復雜，活性炭脫汞的物理吸附或化學吸附過程難以界定，SO2、NO、HCl、H2O等氣體組分與汞脫除反應間的交互影響規(guī)律、活性炭吸附脫汞的動力學特性等還需進一步研究。另外，從技術應用層面來看，活性炭脫汞技術應關注以下問題:

(1)活性炭吸附劑成本高;

(2)吸附劑噴射系統(tǒng)增加除塵設備的負荷，會對除塵設備產(chǎn)生影響;

(3)吸附汞的活性炭尚需二次處置等問題。

2.3光催化氧化脫汞技術

光催化氧化脫汞技術是借助光催化氧化的手段實現(xiàn)煙氣汞脫除的重要手段，其原理是利用紫外光或可見光照射半導體材料，將電子從充滿的價帶激發(fā)躍遷到空的導帶，在價帶上產(chǎn)生帶正電的空穴，并由此產(chǎn)生強氧化性自由基，高效氧化Hg0，而氧化產(chǎn)物Hg2+在吸收介質(zhì)中被吸收脫除。

與其它傳統(tǒng)脫汞技術相比，該方法具有脫除效率高、成本低、環(huán)境友好、二次污染小等優(yōu)點。在光催化劑的研發(fā)過程中，二氧化鈦(TiO2)因其高活性、穩(wěn)定性好、無二次污染、安全無毒和成本低等特性，已成為被廣泛研究的對象。