燃煤煙氣中新型吸附劑改性蛭石研究進(jìn)展

王建英，馬麗萍

(1.云南經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650093)

燃煤煙氣中新型吸附劑改性蛭石研究進(jìn)展

王建英1，馬麗萍2

(1.云南經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院，云南昆明 650106; 2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650093)

總結(jié)了燃煤煙氣中汞污染的現(xiàn)狀及蛭石吸附劑研究的進(jìn)展情況，對(duì)煙氣中單質(zhì)汞的脫除進(jìn)行了研究，提出了蛭石在單質(zhì)汞的吸附脫除方面存在的潛力，為今后燃煤煙氣中單質(zhì)汞的脫除提出了一定的研究思路。

吸附劑;燃煤煙氣;改性蛭石

0 引言

煤是世界上重要的化石燃料，尤其我國(guó)煤炭資源豐富，年產(chǎn)量和消耗量都居世界首位。1992年我國(guó)煤炭的儲(chǔ)量己達(dá)9667.6億t，占世界煤炭總量的30%，可開(kāi)采量達(dá)1145億t。因此，煤在我國(guó)一次能源消費(fèi)中占據(jù)的主導(dǎo)地位更顯突出，而且在未來(lái)幾十年內(nèi)，我國(guó)一次能源生產(chǎn)、消費(fèi)以煤炭為主的格局不會(huì)改變［1］。然而，煤在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了大量的污染物，其中汞的排放對(duì)地球環(huán)境和人類(lèi)健康均造成了嚴(yán)重的危害。

據(jù)李世魁［2］估算，1999年－2003年中國(guó)燃煤電站的大氣汞排放量年平均增長(zhǎng)率達(dá)到了9.59%，向廢渣中排放的汞量年平均增長(zhǎng)率為8.49%，尤其是從2002年－2003年間的漲幅最大。2003年，燃煤電站的大氣汞排放量達(dá)到386.8t，廢渣汞排放量為28.94t。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)汞的控制技術(shù)研究都非常重視。由于單質(zhì)汞具有劇毒性、高揮發(fā)性、低水溶性、以及可以在生物體內(nèi)累積等特點(diǎn)，較難控制，且單質(zhì)汞還可以通過(guò)長(zhǎng)距離的大氣運(yùn)輸而形成全球性污染，因此氣態(tài)單質(zhì)汞的控制也就成了當(dāng)前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。在燃煤過(guò)程中，盡管汞在煤中的含量很低，但是由于煤的用量巨大，所以最終排放到環(huán)境中汞的量是不容忽視的。

1 汞控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

燃煤電站中汞的排放控制技術(shù)已成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。針對(duì)煤燃燒過(guò)程汞污染的現(xiàn)狀，研究者們提出了各種各樣的控制方法。從國(guó)內(nèi)外研究狀況來(lái)看，大部分研究都集中在活性炭、飛灰以及一些新型吸附劑(如黏土礦物)上，通過(guò)吸附劑的吸附作用來(lái)脫除煙氣中的氣態(tài)汞。我國(guó)電力行業(yè)燃煤的用量比較大，如果采用活性炭作為燃煤電廠脫汞的吸附劑，就需要噴入大量的活性炭以達(dá)到一定的脫汞效率，這樣一來(lái)運(yùn)行成本就會(huì)增高，燃煤電廠難以承受;而改性活性炭由于技術(shù)方面的原因難以大規(guī)模的應(yīng)用，所以利用活性炭吸附劑經(jīng)濟(jì)性較差。而黏土類(lèi)礦物吸附劑由于其廉價(jià)易得，且對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，如果能研制出對(duì)氣態(tài)單質(zhì)吸收性較好的礦物類(lèi)吸附劑，那么將能夠解決燃煤電廠汞污染控制難和控制費(fèi)用高等問(wèn)題。我國(guó)對(duì)燃煤電廠汞排放控制研究尚處于起步階段，因此尋找廉價(jià)高效的吸附劑就顯得十分必要的。

2 蛭石的特性及常用的改性方法

蛭石是一種層狀結(jié)構(gòu)含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，呈鱗片狀、片狀或單斜晶系的假晶體。我國(guó)蛭石分布較廣，儲(chǔ)量居世界第二。蛭石屬于天然黏土礦物，在我國(guó)蘊(yùn)藏量豐富，價(jià)格低廉，容易獲得，且對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害。蛭石屬再生礦典型的蛭石是三八面體層狀構(gòu)造硅酸鹽，呈層狀，松散多孔密度低，層間充填可交換性的陽(yáng)離子和水分子，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使蛭石具有很強(qiáng)的離子交換能力。蛭石還具有較高的層電荷數(shù)(0.6～0.9)，故具有較高的陽(yáng)離子交換容量和陽(yáng)離子吸附能力。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)蛭石的研究主要集中在二個(gè)方面:一是對(duì)蛭石的晶體化學(xué)研究;二是蛭石吸附性能的研究。由于利用活性炭等吸附劑脫除煙氣中微量單質(zhì)汞存在經(jīng)濟(jì)性較差等缺點(diǎn)，應(yīng)用并不廣泛，同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)利用蛭石吸附劑可以去除廢水中微量重金屬離子［3－5］，因此，蛭石在處理氣態(tài)單質(zhì)方面頗具前景。

任建莉等人［6］研究了用溴化十六烷基三甲銨(CTMAB)對(duì)蛭石進(jìn)行改性，研究結(jié)果表明，CTMAB－蛭石的層間距都大于原土，CTMAB－蛭石的層間距隨改性時(shí)CTMAB濃度的增加而增大，對(duì)蛭石進(jìn)行改性后其單位吸附量均有所增加。

周勁松等［7］采用活性MnO2浸漬、FeCl3浸漬和不同溫度下滲硫等方法對(duì)蛭石進(jìn)行改性研究，制得一系列改性蛭石吸附劑。采用固定床吸附的方式，對(duì)吸附劑性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析并篩選出2種高效、廉價(jià)的吸附劑。經(jīng)活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬后的蛭石，吸附汞蒸汽能力大大提高。與活性炭相比，蛭石價(jià)格低廉，活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬的步驟簡(jiǎn)單，改性所需試劑價(jià)格低廉，并且總體除汞性能已優(yōu)于活性炭。

王建英等［8－9］研究發(fā)現(xiàn)，采用不同濃度鹽酸處理過(guò)的蛭石比蛭石原土的吸附性能均有所提高，其中效果較為顯著的是采用4mol/L鹽酸浸漬的蛭石。該改性蛭石的完全穿透時(shí)間較蛭石原土較有大幅度的提高。原因可能是利用酸溶蝕、分解了蛭石孔隙中的有機(jī)或無(wú)機(jī)雜質(zhì)，疏通了孔道，增大了比表面積，同時(shí)由于在層間溶劑的作用下蛭石晶片破裂，呈現(xiàn)出多孔特征，從而有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散，吸附能力得以提高。

另外，用鹽酸對(duì)蛭石進(jìn)行浸漬處理也相當(dāng)于對(duì)蛭石進(jìn)行注氯操作，這也可以大大增加蛭石的吸附性能。蛭石原土主要發(fā)生的是物理吸附，而注入鹽酸后蛭石發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附，其化學(xué)吸附機(jī)理如下:

與活性炭相比，蛭石原料改性所需試劑價(jià)格低廉，活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬的步驟簡(jiǎn)單，并且改性蛭石的除汞性能已優(yōu)于活性炭。蛭石取代活性炭在燃煤煙氣單質(zhì)汞的控制方面是很有發(fā)展?jié)摿Φ?。由此可?jiàn)，蛭石等黏土類(lèi)礦物將成為今后脫汞吸附劑研究的一個(gè)重要方面。

3 結(jié)語(yǔ)

蛭石在我國(guó)蘊(yùn)藏量豐富，具有一定的吸附性能，且價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害［10－11］。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)改性的蛭石在燃煤煙氣中微量單質(zhì)汞的脫除方面已經(jīng)顯示出較大的優(yōu)越性。因此如果能研制出對(duì)單質(zhì)汞具有較大吸附容量的蛭石吸附劑，也就解決了當(dāng)前我國(guó)燃煤電廠汞污染控制難的問(wèn)題。綜上所述，對(duì)蛭石等黏土類(lèi)礦物吸附劑的開(kāi)發(fā)研究將是今后國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

［1］何杰.煤燃燒過(guò)程中氯化氫的排放特性研究［D］.浙江:浙江大學(xué)，2002.

［2］李世魁.220t/h循環(huán)流化床鍋爐汽水冷旋風(fēng)分離器制造工藝［J］.黑龍江電力，2004，(10):356－360.

［3］李暉，譚光群，李瑞.蛭石對(duì)汞的吸附性能研究［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2001，23(2):65－67.

［4］馬小隆，劉心悅，劉曉明.改性蛭石吸附性能初探［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2004，18(5):46－48.

［5］Brigattia M F，Colonnab S，Malferraria D.et al.Mercury adsorption by montmorillonite and vermiculite:A combined XRD，TG－MS，and EXAFS study［J］.Applied Clay Science，2005，(28):1－8.

［6］任建莉，周勁松，駱仲泱，等.新型吸附劑脫除煙氣中氣態(tài)汞的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(2):48－53.

［7］周勁松，石祥建，高洪亮，等.改性蛭石對(duì)氣態(tài)汞的吸附效果［J］.動(dòng)力工程，2006，26(4):558－562.

［8］王建英，馬麗萍.酸改性蛭石對(duì)氣態(tài)單質(zhì)汞吸附實(shí)驗(yàn)研究［J］.化工環(huán)保，2008，28(4):292－295.

［9］王建英，馬麗萍，賀史雕.吸附劑控制單質(zhì)汞的研究［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2007，23(6):42－44.

［10］魏國(guó)強(qiáng)，何伯述，王麗俐，等.燃煤電廠低成本活性炭除汞技術(shù)［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2008，24(2):50－53.

［11］趙毅，張鈞鈞，唐舒，等.燃煤電廠煙氣汞排放控制研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.電力科技術(shù)與環(huán)保，2010，26(6):9－11.

Discussion on studying progress of new adsorption modified vermiculite in coal－fired boilers flue gas controlling

The gas pollution and vermiculite adsorbents study progress in coal－fired power plants are summarized.The research methods and technical development about Hg removal are also introduced，putting forward the vermiculite in elemental mercury adsorption removal of potential for the future.It gives research ideas for the removal of the flue gas mercury in coal－fired power plants..

adsorbent;coal－fired power plants flue gas;modified vermiculite

X701.7

B

1674－8069(2012)03－020－02

2012-01-25;

2012-05-04

王建英(1979-)，女，河南商丘人，講師，主要從事建筑材料、施工測(cè)量及環(huán)境保護(hù)等方面的教學(xué)及研究工作。E－mail: wjysky@163.com