荷电吸附凝并技术协同控制燃煤烟气汞及细粒子的作用机制

The pollution by mercury and fine particulate matter (PM2.5) from coal-fired flue gas has become one of the most urgent environmental problems. In order to develop any technologies to control these pollutants effectively and simultaneously, a novel method named Adsorption and Agglomeration by Charged Sorbent(AACS) is put forwad and studied in this project. The method employs the charged sorbent particles for the capture of mercury and the agglomeration of fine particulates by the electrostatic force and surface potential energy of the sorbents, which will faciliate the furthur removal of the fine particulates. A suitable AACS system with high energy conversion efficiency and high charge capacity will be installed tentatively, and the structure of the setup will optimized through the study. The injection mode of the charged sorbent and its dynamic parameters in flue gas will be investigated experimentally and theoretically on the ground of electrostatic and fluid field principles. The effect of the charges on the adsorption performance of the sorbent will be studied integrated with the corresponding mechanisms. The interaction of the adsorption mercury and the agglomeration of fine particles over the same surface of the charged sorbent will be determined. The outcomes of this research will be very helpful to the technology inovation and the better understanding of the basic principle for the co-benefit removal of mercury and fine paticulate matter in the coal-fired flue gas.

燃煤烟气中汞及细粒子所造成的污染问题亟待加强解决。基于二者的同时控制需求，提出荷电吸附凝并控制新方法，即利用带电吸附剂对烟气中的汞进行吸附捕集，同时对细粒子进行凝并以利于其去除。通过研究，建立合理的荷电吸附凝并体系，对吸附剂荷电装置的结构及运行参数进行优化，提高吸附剂预荷电量和能量转换率；基于静电及流体力学理论，对荷电吸附剂的喷注方式及其在烟气中的运动特性进行研究，揭示带电吸附剂颗粒在运动及扩散过程中与其它颗粒之间（包括异性和同性电荷）的相互作用规律；研制性能优良的吸附剂，通过合理的改性方法提高其吸附作用及荷电凝并行为，并探索磁性吸附剂的吸附及回收特性。研究带电吸附剂对烟气中典型细粒子（含颗粒态汞）的凝并机制，揭示其在烟气条件下的团聚规律；阐明带电吸附剂对不同形态汞的吸附作用机制，以及"吸附"与"凝并"共存时的协同作用。通过此研究，为荷电吸附凝并技术的理论基础及应用方法作出有益探索。

燃煤烟气细粒子及重金属汞污染亟待加强控制，基于二者的同时控制需求，提出荷电吸附凝并控制新方法，即利用带电吸附剂对烟气中的汞进行吸附捕集，同时对细粒子进行凝并以利于其去除。为此，本课题在碳基及非碳基吸附材料的基础上，研发性能优良的吸附剂，通过合理的改性方法提高其表面吸附性能与荷电特性，以及对气态汞的吸附作用和对细粒子的凝并作用。在此基础上，探索磁性吸附剂的吸附及回收特性。借助于适当的方法，对上述材料的理化特性进行表征。研究带电吸附剂对烟气中典型细粒子的凝并机制，揭示其在烟气条件下的团聚规律。.研究发现，烟气通过高压荷电后，烟气中的较细颗粒物数量明显降低，说明含尘烟气通过高压荷电后，较细的颗粒物可以通过扰流耦合电凝并作用凝并成较大的颗粒物，并通过沉降作用被有效的捕集下来。随着烟气中荷电电压的升高，细颗粒的粒径数量总体呈下降趋势，且颗粒物的捕集效率增强。扰流耦合电凝器荷电后，烟气中的细颗粒物浓度明显减小，烟气含尘总浓度显著下降。.高价态的Mn对Hg0具有更高的催化氧化活性，MnO2展现了更高的Hg0催化活性。因此，我们合成单晶的MnO2结构，同时探讨了几种常见的MnO2晶型，α-，β-以及γ-MnO2探讨他们对Hg0的去除效果，为了保证材料的一致性，合成了一维形貌的MnO2。考察了吸附剂对零价汞的吸附性能，并分别对其吸附机理进行了分析。利用金属氢氧化物材料实现对[MoS4]2-的高效负载。双层金属氢氧化物（LDH）类型的材料是一种类似于水滑石的材料，其价格低廉，合成简单，容易进行大规模的生产，因此，我们以LDH材料为载体负载，[MoS4]2-材料对烟气中的汞进行高效去除，并探讨其受SO2干扰的性能。.基于新型放电活化反应器系统去除燃煤烟气中的Hg0。通过研究静电除尘器（ESPs）放电区域对烟气中Hg0的氧化作用，揭示了ESPs放电产生的活性自由基与Hg0的反应机制。此外，通过改进ESPs系统的尾部单元，加强燃煤烟气在ESPs过程中Hg0的氧化效率。研究表明，利用ESPs系统的放电效应，提升燃煤烟气中氯活性自由基的浓度，可有效强化燃煤烟气中Hg0的氧化去除。.通过研究为充分利用荷电凝并技术进行吸附颗粒汞的凝并脱除提供理论依据，为实现多污染物协同控制提供技术研发奠定基础。研究共发表13篇SCI论文（含2篇ES&T），申请国家发明专利4件，获省部级二等奖励2项（已公示通过）。