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楊士建教授團隊在《Environmental Science & Technology》系列發表有色金屬冶煉煙氣汞污染排放控制的研究成果

發布日期: 2020-06-30   來源:亚博全网   文/圖:楊士建 梅劍 審核:李艷

近期,我院環境催化團隊在有色金屬冶煉煙氣汞污染排放控制方向取得系列進展,研究成果在Environmental Science & Technology(簡稱ES&T上連續發表學術論文6篇。ES&T為環境領域國際權威期刊,是自然指數(Natural Index)選定期刊,是ESI環境科學與生態學領域TOP期刊,具有廣泛的影響力。該團隊的青年教師梅劍助理研究員、博士生王昶和碩士生孔令楠分別為論文第一作者,楊士建教授為通訊作者。

旨在全球范圍內控制和減少汞排放的國際公約《水俁公約》已經正式生效,我國是世界上汞污染排放量最大的國家,面臨巨大的減排壓力。有色金屬冶煉是我國主要的人為汞排放源之一,但目前其常用的汞污染控制技術波立登-諾辛克法使用劇毒的氯化汞溶液作為吸收液,工藝操作復雜,具有潛在的安全風險,亟需開發替代技術。

該團隊研究發現利用氣態硫化氫與過渡金屬氧化物反應(CuO/TiO2MoO3/TiO2Fe2O3/TiO2),可在其表面修飾一層過渡金屬硫化物如CuSEnviron. Sci. Technol. 2018, 52, 10003-10010)、MoS3Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 4480-4489)和FeS2Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 586-594)。研究發現這些過渡金屬硫化物具有優異的從冶煉煙氣中吸附高濃度氣態零價汞的性能,為此該團隊提出了利用可再生的整體式二氧化鈦負載的過渡金屬硫化物吸附劑回收冶煉煙氣中零價汞的新思路(見圖1)。

但是二氧化鈦負載單一過渡金屬硫化物吸附劑吸附氣態零價汞的性能一般,為此該團隊基于氣態零價汞在過渡金屬硫化物表面化學吸附機制建立了吸附動力學模型,通過比較吸附動力學參數揭示了過渡金屬硫化物吸附氣態零價汞性能的構效關系。在此基礎上,通過不同過渡金屬硫化物的復合產生協同效應(見圖2),設計出了具有更加優異的從冶煉煙氣中回收氣態零價汞性能的可再生金屬硫化物吸附劑如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)。

為了進一步降低吸附法控制冶煉煙氣汞污染排放的成本,該團隊將天然閃鋅礦(工業煉鋅的原料)引入了鋅冶煉煙氣汞污染控制研究,通過浮選過程中的Cu2+活化加速其對零價汞的吸附,開發了具有優異零價汞吸附性能的天然金屬硫化物礦物吸附劑(Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 7687-7696)。該活化閃鋅礦在吸附零價汞后仍可作為原料用來煉鋅,并可以實現零價汞在鋅冶煉廠中的集中控制。

上述研究得到了江蘇省杰出青年基金(No.BK20150036)和國家自然科學基金(Nos. 2177707021906070)的資助。


1 整體式二氧化鈦負載過渡金屬硫化物從冶煉煙氣中回收零價汞的工藝示意圖

 

 

2 復合過渡金屬硫化物吸附氣態零價汞產生協同效應示意圖