汞是一种具有高毒性的化学物质，由于其特殊的理化性质，在常温下以液态形式存在，易缓慢挥发进入环境。气态零价汞（Hg⁰）是可以通过大气进行跨国界传输的全球性的污染物之一，经过迁移及转化进入其他生态系统后，具有高生物富集性、高生物毒性和持久性等毒害特点。大气中的汞污染物还可以沉降到土壤、水体中，破坏生态系统。汞沉积物经食物链不断富集（同时在生物体内甲基化），造成汞污染区域内的生物体内汞含量比正常生态环境的生物高数百倍。因此，对汞的人为排放控制势在必行，各国纷纷出台相应的政策和标准以减少汞的排放，国际上也共同制定了许多公约对汞排放作出限制。2017年《关于汞的水俣公约》生效，128个签约方自2020年起禁止生产和进出口含汞产品。

工业烟气（如燃煤、金属冶炼、垃圾焚烧等行业）是大气中Hg⁰的主要来源，而其生产物料或添加剂中的含硫、含氮、含氯物质在高温下会分解产生二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）、含氯挥发性有机化合物（CVOCs）等气体物质，从而形成多污染物共存烟气。目前，已有许多学者研究了SO₂和NO_x对去除Hg⁰的影响，而鲜有关于CVOCs与Hg⁰共存的影响研究。大气中的CVOCs自二十世纪初随着人类活动逐渐进入环境中，成为土壤和空气中无处不在的污染物，在中国京津冀地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区CVOCs甚至成为环境中最常被检测到的挥发性污染物之一。部分CVOCs具有较强的挥发性、稳定性、难降解性（如CCl₄的大气寿命可高达100年），这个特质使得它们一旦释放到环境中，便可以在环境介质中远距离传输，甚至还可通过全球分馏效应，实现从热带到温带、从温带到寒带的迁移，污染两极环境。由于部分CVOCs对人类潜在的致癌威胁而被列为重点污染物，受到严格监测和控制。我国出台的诸多排放与控制标准中都对CVOCs制定了严格的限值，如《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571—2015）、《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）等。

汞的排放控制技术有直接冷凝法、催化氧化法、吸收法、吸附法等。目前应用最广泛的是吸附法，其除汞效率高、选择性强、设备简单。活性炭作为最常见的吸附材料，可将烟气中的气态汞转化为颗粒汞，再利用除尘方式将其进行收集去除。此外，活性焦炭、生物质炭、活性炭纤维等炭基材料也发现有显著的脱汞效率。通过卤素改性可进一步提高活性炭对汞的化学吸附能力。熊银伍等研究表明，150℃时氯改性活性焦炭表现出良好的脱汞效率，且该趋势在实验范围内随Cl浓度的增加而提高。孙青柯等研究了不同卤化盐改性对吸附剂脱汞性能的影响，发现不同卤化盐有不同效果，其中铜卤化盐能显著提高脱汞能力，并且实验证实了其改性后对汞主要为化学吸附，物理吸附仅占极小的比重（<5%）。除了炭基材料，常见的具有较大比表面积的非炭基吸附材料（氧化铝、沸石、二氧化钛等）也常用于改性研究。XU等研究发现CuO改性后的TiO₂能在低温段使脱汞效率达98%并保持一段时间，反应机理可能是Cu²⁺与废气中的Hg⁰反应被还原成Cu⁺，对汞进行了脱除。ZHOU等通过XPS研究发现Mn改性材料会捕捉进气中的O₂并转化为化学吸附氧，促进Hg⁰的氧化。对于CVOCs的控制而言，可根据其物理化学性质是否改变而分为破坏性技术（热焚烧法、生物治理法、高级氧化技术、还原脱氯技术）和非破坏性技术（冷凝法、吸收法、吸附法等）。其中，吸附法是从废气中去除VOCs的一种典型方法，具有极高的可靠性。常用的吸附剂有炭基材料，如活性炭、活性炭纤维、有序介孔碳、石墨烯及其衍生物、生物炭、碳硅复合材料等。活性炭是研究最多的吸附材料，经济性高、热稳定性和酸碱稳定性强，对VOCs也有较强的吸附能力。

本研究针对Hg⁰和CVOCs的理化特性，合成潜在的吸附材料（改性活性炭、金属硫化物、金属氧化物），以Hg⁰为主要去除对象进行吸附实验，考察吸附材料的吸附效率和容量，并探究CVOCs（以氯苯为例，Chlorobenze，CB）组分对不同材料Hg⁰吸附性能的影响。最后，通过比表面积分析（Brunner-Emmet-Teller，BET）、X射线光电子能谱技术（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、Hg⁰程序升温脱附（Hg⁰-Temperature Programmed Desorption，Hg⁰-TPD）等表征方法探索Hg⁰吸附机制及CB的影响机理，为进一步优化材料结构提供理论和实验基础。

图1 不同吸附材料在N₂条件下对Hg⁰的吸附性能

图2 不同吸附材料的吸附容量比较

图3 CuS及Mn₂O₃吸附Hg⁰前后的XPS谱图

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编辑｜姚情璐

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