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杨士建教授团队在《Environmental Science & Technology》系列发表有色金属冶炼烟气汞污染排放控制的研究成果

发布日期: 2020-06-30   来源:环境与土木工程学院   文/图:杨士建 梅剑 审核:李艳

近期,我院环境催化团队在有色金属冶炼烟气汞污染排放控制方向取得系列进展,研究成果在Environmental Science & Technology(简称ES&T上连续发表学术论文6篇。ES&T为环境领域国际权威期刊,是自然指数(Natural Index)选定期刊,是ESI环境科学与生态学领域TOP期刊,具有广泛的影响力。该团队的青年教师梅剑助理研究员、博士生王昶和硕士生孔令楠分别为论文第一作者,杨士建教授为通讯作者。

旨在全球范围内控制和减少汞排放的国际公约《水俣公约》已经正式生效,我国是世界上汞污染排放量最大的国家,面临巨大的减排压力。有色金属冶炼是我国主要的人为汞排放源之一,但目前其常用的汞污染控制技术波立登-诺辛克法使用剧毒的氯化汞溶液作为吸收液,工艺操作复杂,具有潜在的安全风险,亟需开发替代技术。

该团队研究发现利用气态硫化氢与过渡金属氧化物反应(CuO/TiO2MoO3/TiO2Fe2O3/TiO2),可在其表面修饰一层过渡金属硫化物如CuSEnviron. Sci. Technol. 2018, 52, 10003-10010)、MoS3Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 4480-4489)和FeS2Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 586-594)。研究发现这些过渡金属硫化物具有优异的从冶炼烟气中吸附高浓度气态零价汞的性能,为此该团队提出了利用可再生的整体式二氧化钛负载的过渡金属硫化物吸附剂回收冶炼烟气中零价汞的新思路(见图1)。

但是二氧化钛负载单一过渡金属硫化物吸附剂吸附气态零价汞的性能一般,为此该团队基于气态零价汞在过渡金属硫化物表面化学吸附机制建立了吸附动力学模型,通过比较吸附动力学参数揭示了过渡金属硫化物吸附气态零价汞性能的构效关系。在此基础上,通过不同过渡金属硫化物的复合产生协同效应(见图2),设计出了具有更加优异的从冶炼烟气中回收气态零价汞性能的可再生金属硫化物吸附剂如FeMoSx/TiO2Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 586-594)、硫化MoO3/Fe-Ti spinelEnviron. Sci. Technol. 2020, 54, 7659-7668)和MoSx@γ-Fe2O3Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 1992-2001)。

为了进一步降低吸附法控制冶炼烟气汞污染排放的成本,该团队将天然闪锌矿(工业炼锌的原料)引入了锌冶炼烟气汞污染控制研究,通过浮选过程中的Cu2+活化加速其对零价汞的吸附,开发了具有优异零价汞吸附性能的天然金属硫化物矿物吸附剂(Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 7687-7696)。该活化闪锌矿在吸附零价汞后仍可作为原料用来炼锌,并可以实现零价汞在锌冶炼厂中的集中控制。

上述研究得到了江苏省杰出青年基金(No.BK20150036)和国家自然科学基金(Nos. 2177707021906070)的资助。


1 整体式二氧化钛负载过渡金属硫化物从冶炼烟气中回收零价汞的工艺示意图

 

 

2 复合过渡金属硫化物吸附气态零价汞产生协同效应示意图

 


 

 

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