1.汞的危害及来源

汞在自然界中以单质汞、有机汞和无机汞的形式存在。单质汞中毒主要有头痛，头晕，恶心，发烧，全身酸痛等症状。而无机汞中毒的主要症状表现为轻度兴奋症，神经衰弱综合症等。有机汞化合物的毒性最大，而甲基汞导致的疾病最严重。甲基汞进入人身体以后会被吸收，这将对人身体产生重大的危害，破坏细胞的正常代谢，使人体运动失调、损害听觉、导致语言障碍，同时还会有损肾脏及肝脏细胞对人身体的解毒功能，而且还会破坏人体的中枢神经系统，特别是胎儿、婴儿和孕妇将会受到影响。据美国环保署研究显示，每年美国大约有60000名儿童由于汞污染引起神经系统损伤，同时每年因为汞的污染导致将近322000名新生儿神经系统受损^[1]。上世纪五、六十年代，日本熊本县水俣湾附近的居民因为食用了大量受到甲基汞污染的海产品，造成了一万两千多人汞中毒，累计有一千两百多人死亡，并引发了相应的神经系统疾病，这就是著名的日本”水俣病”事件。

汞在大气环境中存在的形态有三种：颗粒态汞（Hg^p）、气态二价汞（Hg² ）和气态单质汞（Hg⁰）^[2]。颗粒态汞（Hg^p）和气态二价汞（Hg² ）容易通过降水的方式沉降到地表，其污染的范围较小，并且容易除去，而气态单质汞（Hg⁰）性质比较稳定，溶解度低，在大气中滞留时间长，所以汞在长距离的大气循环运输过程中容易形成区域性、乃至全球性的污染。因此，许多国家已经开始国家间的合作来解决这一棘手问题#8212;#8212;汞污染问题^[3-6]。人们对汞污染的来源进行了探讨，发现煤炭的燃烧是人工汞排放的主要污染来源。联合国环境规划署(United Nations Environment Programme, UNEP)也同样指出，燃煤电厂是最大的人为汞污染源。根据美国环保署(EPA)统计，美国每年向大气环境中排放的汞约有150吨，同时统计到燃煤电站就排放了48吨，大约占到总排放量的1/3；研究显示，2005年我国燃煤电厂排出了193.6吨汞，占全世界燃煤汞排放总量的12%。因此就燃煤锅炉而言，解决汞污染问题的关键是对大型电厂锅炉汞排放控制技术的研究。

目前，已经有国家对汞金属元素的排放标准进行了制定。美国EPA于2005年3月颁布了汞排放控制条例(Clean Air Mercury Rule,CAMR)，该条例釆用”限额-贸易(cap-and-trade)”的方式减少汞排放^[7]。2011年，我国颁布实施的火电厂大气污染物排放标准规定了汞及其化合物的排放限制为0.03 mg/m³。燃煤电厂产生的汞污染问题显然已经成为一个比较前沿的研究领域。

2.常见吸附剂的制备和改性

用吸附剂脱除燃煤烟气中的汞已成为当前的热点研究课题。固体吸附剂脱汞法是最有前景的燃煤汞污染控制技术，因为其脱除汞的效率较高，相关的研究和成果也非常丰富。常用的吸附剂主要为多孔性固态粉末，如活性炭、飞灰、钙基类物质、矿物类吸附剂。

（1） 活性炭

活性炭脱汞主要有两种方式，一种是应用较广泛的活性炭粉末喷入技术，另一种是将烟气通过活性炭吸附床。活性炭对汞的吸附是一个多元化的过程，包括扩散、吸附、凝结以及化学反应等过程，其对汞的吸附能力与烟气成分、烟气温度、汞的种类、汞的浓度以及吸附剂本身的物理性质(颗粒粒径、孔径、表面积等)、C /Hg比例等因素有关。尽管活性炭对单质汞和氧化态汞具有较高的捕获能力，但活性炭在吸附汞污染物的同时也吸附烟气中其他污染物，这就要求较高的碳/汞质量比，而活性炭成本较高限制了该技术的应用。为进一步提高活性炭的脱除效率，许多研究者对活性炭进行了改性，改善活性炭孔隙结构和表面官能团等理化结构特性。通过表面氧化、表面还原和负载金属等改性方法实现。还有学者用卤素对活性炭进行改性，并研究了改性活性炭对气态汞的吸附能力。

（2） 飞灰

燃煤过程产生的飞灰是一种价格低廉、获取方便，很有汞吸附潜力的多孔吸附剂。目前，飞灰已经在垃圾焚烧汞污染排放控制中得到应用。飞灰的吸附性一方面是由于飞灰中未燃尽碳所具有的多孔隙机构和巨大的比表面积有利于脱除烟气中汞，另一方面是由于飞灰中各种无机化合物的催化作用。飞灰的主要成分是SiO₂、CaO、Al₂O₃和Fe₂O₃等^[8]，其中Fe₂O₃可以促进单质汞的氧化，SiO₂和Al₂O₃对汞的氧化影响不明显，CaO的存在则降低汞的氧化。黄治军等^[9]在小型模拟燃煤烟气汞吸附和形态转化实验台上研究了几种典型燃煤电厂飞灰对模拟烟气中汞的脱除效果。结果表明：消石灰和FF只能吸附氧化态汞，ESP灰由于残碳含量较高，对零价汞也有一定的吸附能力。为提高飞灰对汞的吸附效率，不少学者采用了相应的改进方法，常用的方法是采用卤化物对飞灰进行预处理。