脱汞,通宵达旦烧锅炉

董璐是东南大学能源与环境学院热能工程专业的博士二年级学生，他的课题主要是研究如何更高效低廉地除去燃煤烟气中的汞。在向我们介绍他“高大上”的专业前，董璐先调侃了下自己：“其实我们就是烧锅炉的。”玩笑归玩笑，他口中的“烧锅炉”其实是为了模拟一个真实的燃煤环境，以探究他们的实验方法对燃煤烟气中汞的去除效率。因为烧锅炉会污染环境，也会产生噪音，所以这项模拟实验被安排在每个周六或周日的凌晨进行，“尽管通宵达旦地烧锅炉很辛苦，但我们是为了环境保护而奋战，这很值得。”

更有效更低廉更环保

工业革命以后，煤炭开始大量燃烧，科技的进步给人们带来机遇和变化，也同样带来了挑战和矛盾。被同学们戏称为“锅炉哥”的董璐就在做与此相关的环保课题研究。 “我做的课题是如何除去燃煤烟气中的污染物汞。现在我国发电厂仍然以煤炭为主要燃料，大量煤炭的燃烧产生了大量污染环境的烟气，这些烟气中含有二氧化硫、氮化物和汞化物等有毒气体。早前国家就了对燃煤电厂烟气中硫、氮污染物排放的相关标准，因此电厂大多数都有完善的脱硫、脱硝装置，但是这些装置对烟气中的汞脱除效果并不明显。”

关于汞，董璐重点强调了一个时间――2015年1月1日，因为那一天国家新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》开始实施。在这份标准中，对燃煤锅炉中汞排放的浓度要求限值控制为0.03mg/m3，也就是说，工厂和企业也要开始对燃煤烟气中的汞配备专业的脱汞装置了。”从国家需求和市场需求这个层面的角度出发，董璐和实验组的小伙伴们开始了一系列关于燃煤烟气中如何脱汞的调研。

董璐向我们介绍说：“汞是具有剧毒性的物质，在燃煤烟气中可以0价的单质态、+1价不稳定的状态以及+2价化合物态存在。对于0价的单质态汞，我们可以用活性炭直接进行吸附，+2价化合物态可以直接溶于水除去，而+1价不稳定的状态一般可以通过化学变化把它转化为0价态或者+2价态来除去。”+2价的化合物态溶于水除去简单又便捷，但用活性炭吸附除去可不那么低廉和经济了。在企业和工厂的实际应用中，普通的活性炭会通过一定的化学改性转变为商业活性炭，用商业活性炭脱除燃煤烟气中1千克汞大约需要10万元人民币，而中国一年排放的燃煤烟气中总共约300吨汞，“想想这个价格，这对注重生产成本的企业和工厂可是个大问题啊。”

除了使用传统除汞方法不实惠经济的问题，董璐和实验组的小伙伴们还注意到了一个问题：活性炭是一次性使用的，吸附了有毒的汞之后只能就地填埋，这无疑会造成一定的土地污染；另一方面，汞本身也有自身的用途，可以用于电子电器产品以及水银温度计等的制作，就地填埋无疑也造成了一定的资源浪费。于是他们提出了一个新的想法：有没有可以既除去燃煤烟气中的污染物汞，又能将汞进行回收利用的新方法？除了活性炭，还有什么更有效更低廉的脱汞方式呢？

新路子三好处

就在董璐和实验组的小伙伴们为了寻找脱汞的新法子焦头烂额时，一个机会悄悄来临。在一次实验室与南京当地企业的合作会谈中，董璐注意到一位环保工程师提到了汞的特殊性质：汞可以与金、银、钯等贵金属在低温状态下结合，而在高温环境中，汞又可以与这些贵金属分离。听到他无意中提起的这个性质，董璐就像在茫茫夜途中看到了指明灯一般，当即一拍脑门：“用贵金属来作吸附剂，再结合汞的这个特殊性质，不就可以解决既吸收汞，又回收利用的问题了？”董璐为这个意外捕捉到的灵感欣喜若狂，当天晚上回到实验室后就开始着手查这方面的文献和资料，以求完善自己的实验思路。实验组的小伙伴们也纷纷加入了进来。讲起那时的情形，董璐眼里闪着激动的光：“那晚大家的情绪都十分高涨，在接下来的几天都一鼓作气，甚至有一天通宵工作，这股劲头就好像在我们实验室马上要诞生一项影响人类的重大发明一样！”

功夫不负有心人，在连续作战两个星期后，董璐的实验小组对这个治汞的新方法有了相对完善的实验思路――利用具有磁性的贵金属作为吸附剂来脱汞。当谈到这部分时，董璐才算是真正讲到了自己的“主场”，他一改之前的沉稳严肃，开始滔滔不绝起来：“我们的新方法主要有三个方面的好处：第一是用贵金属作为汞的吸附剂，利用贵金属在低温下与汞结合，在高温下与汞分离的特性，来达到既除去燃煤烟气中的汞又将这部分汞回收再利用的目的。第二呢，贵金属吸附剂不像传统的活性炭吸附剂是一次性的，可以循环多次利用，这也是一种资源的节约。”

当讲到第三方面的好处时，董璐给我们卖了个关子，先聊起了煤炭燃烧后的生成物――飞灰。“飞灰也叫做粉煤灰，是煤在燃烧过程中排出的微小灰粒，如果对其不加以控制，让其排放在大气中，它们就成为雾霾的元凶了。在以往的环保思路中，工厂和企业一贯都是使用布袋除尘器将它收集起来，即使采用活性炭吸附了烟气中的汞，活性炭也会随着飞灰被吸入除尘器，后期一起被填埋处理。”这时，董璐话锋一转：“飞灰也是水泥的原料之一，在原来传统的方法中，吸附了汞的活性炭会污染飞灰，使得飞灰无法再被利用，于是我们就考虑，能不能使用一种新型除汞吸附剂，在吸附烟气中汞的同时，还能将它们从飞灰中分离出来？于是，我们想到了磁性！”这可真是一个妙招！这时，董璐才自信满满地讲起脱汞新方法的第三个好处：“用磁性处理过贵金属后，贵金属会附带一定的磁性，我们便可以利用吸铁石将贵金属和其他物质分开。简单来说，就是先用贵金属可以将汞脱去，加入磁性后，又可以将吸附了汞的贵金属和飞灰分开，于是飞灰也可以被收集再利用了。”

从实验台走向工业台

实验思路有了，实验计划也有了，一切准备就绪，就等上实验台一决高下了！为了探究实验方法对燃煤烟气中汞的实际去除效率，董璐和实验组的小伙伴们需要进行两部分实验，董璐笑着说：“第一部分是在实验台上完成，第二部分是在工业台上完成，也就是被大家调侃的烧锅炉了。”

所谓的第一部分实验，就是在模拟燃煤烟气的环境中，用一个相对简易的装置完成脱汞并检测其有效。具体来讲，实验台就是在一个由玻璃罩罩起来的密闭空间里，先将含有汞的燃煤烟气充满整个空间，然后用密闭空间中装有磁性贵金属吸附剂的玻璃反应器完成脱汞。这些吸附剂被研磨成直径为200微米的细小颗粒，在充满了燃煤烟气的玻璃反应器中呈现出悬浮状态，可以顺着烟气流动。在流动的过程中，吸附剂就可以与汞蒸汽进行接触碰撞，然后以一种强于物理吸附的吸附形式结合，从而除去燃煤烟气中的汞。

实验结果表明，用磁性贵金属作为吸附剂的脱汞方法在常温下对汞的脱除效率可以近乎达到100%，在150摄氏度以上时，脱汞效率能达到80%。董璐说：“我们在这里使用的吸附剂是贵金属银，因为银相对来说最便宜，不过为了达到更理想的实验效果，我们后期还会采用铂和金。”

然而在企业或工厂实际处理燃煤烟气的过程中，可不是简简单单在一个柜子大小的空间里能解决的事。为了更准确地模拟真实的环境，董璐和小伙伴们必须开始第二部分实验――烧锅炉。实验中所用的工业台是指一个五层楼高的锅炉房，这栋锅炉房相当于一个小型燃煤锅炉，“它包含脱硫装置、脱硝装置、布袋除尘器、吸附剂喷射装置等全套环保装置，旨在真实的应用情况下评测脱汞效果。”之后，“锅炉哥”董璐又带领小伙伴们烧了无数个通宵的锅炉。在每一个从锅炉房里出来的清晨，董璐走出锅炉房的第一件事，就是拍拍实验数据本上的煤灰。虽然关于如何继续提高单次的脱汞效率、如何在温度较高的情况下仍保持较高的脱汞效率等一些问题还需要董璐和伙伴们进行大量的实验和研究，但那些为了课题而奋斗的日日夜夜并没有白费，在第十一届中韩清洁能源会议上，董璐的相关论文被邀请宣读。“关于燃煤烟气中的污染处理问题，人类还有很长的路要走，我们做的，不过站在前人的肩膀上往前挪了一小步。”