本综述的目的是总结文献中的相关信息，以描述活性炭在控制元素汞排放到大气环境中的价值。

煤是地球的主要能源之一。然而，煤在燃烧时会向环境中排放许多有害污染物，包括汞。汞排放是一个环境问题。在煤的燃烧过程中，元素汞完全挥发，并且不受常规颗粒控制装置的控制。一旦元素汞在稳定的全球大气环境中混合，它就会开始干燥，从大气中沉积到土壤和水中。水系统对这种元素汞沉积通量最敏感。然后它被植物生命中的细菌因子转化为甲基汞（（CH 3）2 Hg），这是一种环境毒物[ 1]]。这种物质在食物链中积累，并且趋于在食物链中变得更加集中。据估计，人类活动产生的汞排放量为1,000至60,000吨/年[ 2 ]。燃煤电厂的元素汞排放被认为是人为汞排放到环境中的最大单一来源。然而，目前这个问题仍然是医疗废物和各种垃圾倾倒设施进入大气的元素汞排放率。大气环境中的汞浓度由天然成分和人为成分组成[ 3]。多年来，这两个组成部分大致相同。然而，近年来随着燃煤能源需求的增加，人为成分被认为比天然成分的增长速度更快[ 4 ]。2013年，宣布有140个国家同意制定首个全球条约，以遏制对环境的汞污染[ 5 ]。在加拿大，问题是由加拿大广泛标准[ 6 ] 从监管角度推动的，该标准制定了国内不同时间表的元素汞和其他有毒物质排放控制指南。

这一要素可以为人群提供神经系统健康影响[ 1 ]。大多数烟道气流中有三种形式的汞。它们是元素汞，氧化汞和颗粒结合汞。当前的空气污染控制系统可以很容易地去除颗粒结合的汞和氧化汞。然而，元素汞由于其作为气态产物的高挥发性而被排放到大气中。然后，这种元素汞气流在对流层内全球混合。

活性炭是一种碳，通过各种热化学过程处理，使其多孔，因此具有大的表面积可用于吸附和化学反应[ 7 ]。活性炭表面在其表面具有不饱和碳原子，许多未配对的电子可在吸附中起重要作用。活化过程及其参数极大地调节了活性炭的生产效率和质量[ 8]。高表面积足以进行良好的吸附过程，尽管通常进一步的化学处理通过表面化学功能剂增强了该材料的吸附性能。活性炭中存在的发育良好的孔隙度，化学结构和氧表面官能团影响该产品的吸附/催化活性和选择性。

有几种方法可以从工业烟气流中进行元素汞封存。一些方法是在工艺流中添加氢氧化铝作为促进络合元素汞材料的沉淀物。由于来自煤燃烧的气流中的元素汞的量通常在5至10微克/ m 3的范围内，因此Miller等人。[ 9 ]已经注意到，只需要在操作设施中使用少量吸附剂即可进行有效控制。混合气流与纳米金负载的二氧化硅和粉末状活性炭接触[ 10]还可以帮助控制元素汞排放。粉末状活性炭被认为是工业设施的优选材料，因为它易于制备，并且具有现有技术的烟道气流注入效率。

碳材料已经在多相催化应用中使用多年，因为它们可以充当直接催化剂或可以作为涉及汞的气相反应的催化支持[ 11 ]。活性炭吸附可以以两种不同的方式配置，以从工业活动中去除元素汞。它们包括粉状活性炭吸附和固定床颗粒活性炭吸附[ 12]。前者包括将材料注入烟道气流中，在那里它收集元素汞，其在颗粒收集装置例如织物过滤器或静电除尘器（ESP）的下游被移除。另一种是固定床控制装置，其在将烟道气流释放到储存设施之前将烟道气流调节到规定的质量。

多年前发现了一种有效的汞控制技术[ 13]。在25℃和150℃下活性炭硫化对汞捕获的影响是众所周知的事实。例如，在25°C时，对于没有硫的碳，汞吸附剂的吸附能力最大，然后随着温度的升高，汞捕获量减少。然而，当温度处于150℃的较高值时，与浸渍硫的活性炭材料相比，未浸渍的活性炭材料对汞的吸附可忽略不计。在较高温度下的这种观察归因于元素汞与活性炭表面上的硫反应形成HgS。在前一种情况下，通过物理吸附在碳上收集汞，在后一种情况下，通过化学吸附在碳上收集汞。因此，通过化学吸附途径，

国家能源技术实验室开展了一系列关于元素汞控制技术的内部计划[ 14 ]。他们在其设施的实验室和操作规模上开展工作，并有兴趣发现工业环境中捕获的元素汞的机理。他们使用小型填充床反应器系统来模拟其操作程序中的各种过程。他们将新型吸附剂与市售吸附剂进行了比较，重点是元素汞捕获。他们认为，在静电除尘器（ESP）配置中，吸附剂捕获的大部分汞都发生在ESP的管道上游，而在袋式结构中，大部分汞捕获发生在袋子上的滤饼中。

另一项计划研究了储备中煤中汞的出现方式[ 15 ]。在这项工作中证明，煤中的汞和硫之间存在着密切的关系。可以看出煤中残留的元素汞的量是温度的函数。温度约为150°C，为该物质在该培养基中的保留提供了最稳定的环境。因此，似乎可以合理地假设由于硫和元素汞在自然储备系统中具有如此高的相关性，因此作为捕获介质的功能剂，活性炭表面纹理上的硫应该是改善活性炭的有效方法，用于控制元素汞排放。工业环境。

已经审查了碳化过程中涉及的参数[ 8 ]。讨论了各种形式的活化过程，具有从慢到高的加热速率。设计活性炭表面的关键因素是峰值温度，压力，蒸汽停留时间和水分。所有这些各种因素确实对活性炭的表面化学调节速率有影响，并且确实影响混合烟道气流中元素汞原子的吸收。

活性炭材料在将其物理和化学性质应用于特定应用时表现出基本的柔性性质。表面化学和碳多孔结构是两个决定性因素，这些因素是这些化合物在实验室和现场使​​用中的价值的关键。这两个特征可以针对设计催化剂的各种给定应用而定制。本节讨论这些用于元素汞捕获的活性炭的性能。

重要的是要注意碳表面本身可以被认为是催化剂载体或反应中的催化剂。当固体催化剂与气态原料相互作用时，混合气流反应物分子在催化剂表面上的吸附与表面形成化学键。这改变了反应物分子周围的电子云密度，并使其经历通常无法获得的化学反应。已经表明，例如，氧可以催化到活性炭表面上[ 16 ]。然后，如果该反应的温度适合于实验条件，则该氧气通过电子转移过程与元素汞反应。特别是含有SO 2的混合气流已经表明，活性炭表面上的硫基团的形成可以通过该电子云反应机理充当元素汞化学吸附位点。Laumb等人。[ 17 ]对活性炭表面发生的化学变化进行了研究。他们测试了诺芮特FGD褐煤活性炭在含有高浓度SO 2，NO 2和HCl 的模拟烟道气流中保留元素汞的能力。作者发现，活性炭上的部分元素汞结合机制涉及SO 2的氧化并且从烟道流中吸收的硫的形式大多是S（IV）。一般来说，大多数作者都支持这样的假设：混合烟气流中的酸性物质与活性炭表面的相互作用是活化碳表面的重要机制过程，它负责通过化学吸附过程产生汞捕获的活性位点[ 1]，18 ]。

构成原子或分子的电子可以描述为关于原子核的相对论波[ 19 ]。在这个模型中，它们轨道中的电子设置为围绕原子核的驻波。图1显示了在阴离子催化过程中可能发生的活化碳微孔表面的原子的电子变化。随着该化学排列的温度变化，电子云可用于与相邻阳离子的化学反应。随着在催化的阴离子和元素汞阳离子之间进行反应，在活性炭的微孔表面上形成HgS分子。在图1中看到的情况结果是硫化汞分子。然而，对于其他阴离子，还有许多其他分子可以催化活性炭表面，包括HgO，HgSO 4等。这是在实验室或现场情况下在混合气流中捕获元素汞原子的主要机制。

Lee和Park [ 20 ] 进行了元素汞高效捕获条件的碳基吸附剂的构建和设计。这项工作的重点是原始活性炭与硫掺杂材料的比较。发现在几种不同的硫添加方法中，为了有效捕获碳，具有氧官能团的原始活性炭是活性炭表面上元素汞的有效收集途径。元素汞吸附速率取决于原始活性炭的孔径特征，并且硫的类型而不是作为掺杂剂的硫的量取决于元素汞捕获率。孔径超过2nm是有效捕获率所必需的。

一系列用于工业系统的低成本碳吸附剂被列为元素汞封存的目的[ 21 ]。在这些实验中，氮气和汞流的使用温度范围为130至220℃。据报道，煤灰在元素汞捕获方面也很有效。其他材料如废橡胶轮胎的热解固体产品与商业材料（诺芮特提供）测试良好。在模拟的实验室烟道气流中，注意到NO和NO 2的引入显着改善汞捕获。结果表明，在这些试验中，温度升高，降低了元素汞捕获效率。这种现象归因于与物理吸附子相关的低温有效捕获率，并且高温HgO捕获率更多地归因于化学吸附。

混合烟道气流中未掺杂的活性炭是来自混合气流的各种组分的有效吸附剂。其中一些是选择性地掺入可以作为化学功能剂的各种气体组分。然后选择性地将各种化学物质捕获到与混合气流中的元素汞反应的碳上，例如硫或溴，可以将其自身功能化到表面，然后捕获作为HgS或HgBr分子的烟道气流元素汞随后可以通过选择性捕获过程从烟道气流中除去。

杨等人。[ 22 ]研究了工业系统汞捕获吸附剂的发展进展。这些作者报告说，它是在燃煤锅炉烟道气流下游注入的活性炭，其最有可能成本地有效地隔离混合气体排放流中的工业聚焦元素汞。作者研究了元素汞排放流的实验室规模和公用事业规模，并得出结论认为，具有溴化碳增强作用的原始商业材料在工业环境中表现最佳，并考虑了成本效益的选择。

还研究了两种生物质来源的橄榄渣和小麦秸秆中的活性炭[ 23 ]。作者研究了氯和碱金属对元素汞捕获效率的影响。他们发现，基于生物炭的碳元素汞捕获性能优于褐煤衍生碳产品，与商品级活性炭相似。

还报道了碳表面对烟气流中元素汞捕获的影响[ 24 ]。作者关注商业碳供应商的成本替代方案。这些作者指出，硫已被确定为优于从烟道气流中去除元素汞。他们使用石油焦作为原料，因为它在国内状态下具有高硫含量。他们报道了在活化过程中焦炭的比表面积增加了大约一个数量级，并且导致汞捕获效率增加了相应的量。该活化石油焦炭被认为是用于从烟道气流中除去元素汞的吸附剂开发的候选物。

活性炭作为烟道气流组分的功能试剂对元素汞的吸附表明，活性炭样品中扩展的表面积和微孔结构的发展与少量中孔的结合增强了汞的捕获[ 16 ]。Sjostrum等报道了工业汞排放系统中活性炭注入应用的全尺寸值。[ 25]。这些系统具有操作灵活性，并且在必要时进一步降低对环境的排放率方面具有很大的吸引力。根据这些作者，来自烟道气流的活性炭可以有效地用于隔离来自操作系统的烟道气流中的元素汞。具有低卤素气体组成的工业烟道气流可通过使用各种含量的卤素掺杂活性炭来控制元素汞。

在杨等人的其他工作中。[ 22 ]提供了工业元素汞控制吸附剂的综述，并确定了活性炭注入是一系列可用于元素汞烟气控制的气溶胶配方中最好的。在商业领域中，活性炭可以为工业提供成本有效的控制包。

可以看出，如果以适当的方式制备的活性炭可以作为元素汞原子的烟道气流捕获的催化载体。然而，各种化学功能剂，例如应用于催化剂表面的硫，各种卤素和其它表面活性剂的应用可以在实验室和工业环境中显着增强元素汞烟道气流捕获过程。

活性炭表面对元素汞原子的吸附可能与功能性表面化学试剂有关[ 16 ]。已经表明，HCl，O 2和SO 2的存在倾向于促进活性炭上元素汞原子的表面化学吸附。在这些试剂中，HCl提供了最强的元素汞螯合比。通过HCl和其他阴离子在碳表面上促进了酸性位点上元素汞的氧化。

活性炭上元素汞吸收的确切形式可以是物理吸附或化学吸附途径。物理吸附主要发生在低温（~50°C），化学吸附发生在较高温度下，表面功能剂[ 26 ]的形式约为150°C。其他人还报告说，元素汞吸附复合物种在200℃的较高温度下吸收在各种碳吸附剂表面上。来自基于同步加速器的辐射计划的数据表明，混合烟气流中的硫等物种是化学吸附过程中汞捕获的碳基表面活性位点的重要物种[ 27 ]。

Pavlish等人。[ 28 ]概述了燃煤电厂的汞排放控制技术。他们提到酸性气体做，因为它是在吸附剂捕获，而盐酸，NO和NO影响的元素汞的氧化2所有促进元素汞原子的氧化和俘获都单独和组合到表面。然而，SO 2与NO 2的组合极大地减少了吸附剂上元素汞的捕获。

实验结果表明，当H 2 O存在于H 2 O中时，混合气流中的SO 2和NO，特别是Cl 2作为强力氯化试剂存在，对HgO在高温下氧化为Hg 2+具有显着影响。混合物[ 29 ]。这些作者还提到，当从该混合物中除去H 2 O 时，在均相催化条件下将Hg 2+还原成其元素形式。

已经审查了元素汞，各种混合气流组分和活性炭表面之间相互作用的性质，并以Olsen等人的模型的形式提出。[ 30 ]。他们的工作表明，在活性炭表面上有效的HgO吸附需要NO 2或HCl-O 2。因此，HgO在其实验中的化学吸附受到各种混合气流组分的显着影响。发生HgO的氧化以在碳表面上形成结合的Hg（II）物质，其中电子被贡献给碳。在他们的实验室实验中，NO 2和H 2都是混合烟道气流中的O有助于增强HgO在碳表面上的捕获。然而，由于在碳表面上存在HCl，由于HCl的高挥发性，HCl在表面被存在的其他物质如硫置换。因此，各种表面官能团对混合气流中元素汞反应动力学的影响可能非常复杂。

从文献中，从活性炭表面上的模拟或工业混合气流中捕获元素汞的重要功能组是硫。许多作者[ 4，10，31 - 40 ]表明硫在这个过程中的重要作用。表1显示了硫对活性炭上HgO吸附的影响。

表1：硫对活性炭（AC）上HgO吸附的影响。

Uddin等人进行了硫包覆的助焊剂体系和活性炭的非硫涂层体系的研究。[ 39 ]。他们检查了混合气体情况下的输入负载。他们的结论是，在这些混合气体情况下，硫包覆活性炭在元素汞收集方面的效率比非硫包覆活性炭高近40％。

研究了由原料和脱矿褐煤制备的活性炭用于气相元素汞去除的行为[ 35 ]。这些作者研究了各种活性炭结构特性和表面化学浸渍特征。他们的实验是在活性炭表面添加和不添加硫的情况下进行的，其结果如表2所示。这些具有元素汞吸附的实验是用由原始和脱矿碳形式的褐煤制备的活性炭进行的。在每种情况下向碳中添加硫显着增加了元素汞捕获效率至碳的表面积。在活性炭上加载硫可以降低BET表面积，微孔表面积和残留在碳表面上的活性微孔的体积。然而，如果表面条件的温度适当，则这些碳上的硫为通过化学吸附途径捕获元素汞创造了重要机会。

表2：来自Skodraset al的含硫和不含硫的活性炭（AC）孔结构特征和元素汞吸附容量。[35]。

活性炭表面上硫的形式是有效吸收元素汞的另一个主要因素。许多作者[ 12，20，41 ]已经确定，这是元素硫成分即对于元素汞捕获最佳硫形式，其活性强烈相关反应温度[ 35 ]。较高的温度促进活性炭表面上的有机硫。在实验中，从烟道气流中吸收元素汞原子时，温度范围为400-600°C是最有效的。此外，结果表明元素汞吸附在存在高元素硫的活性炭的特定位置[ 4]。这些作者在120和150℃的温度下工作，其活性炭表面上的主要硫化合物产物是硫化汞（HgS）。

严等人。[ 42 ]据报道，许多不同的气态成分可以共同对元素汞的吸收产生重大影响，但硫气态成分是迄今为止混合气流中元素汞原子的最佳捕获剂[ 42 ]。所有这些反应都是化学吸附过程，并且强烈依赖于温度。在烟道气流实验冷却器温度是最有效的，在与元素汞原子和其他作者反应[ 37，39 ]支持这个位置。较高的硫浸渍的温度[ 31，34倾向于在活性炭表面上促进有机硫，并且该产品在这些较高的烟道气流温度下区别于元素汞捕获过程。

在Ochiai等人报道的一系列实验中，涉及SO 2和HCl在混合气流中通过商业活性炭去除元素汞。[ 41 ]。他们报告说，在混合模拟烟气流中存在SO 2和汞的HCl 相互作用以影响汞捕获。使用程序升温分解解吸技术研究了在碳上形成的汞物种的特征。发现存在HCl和SO 2在混合烟气流中，碳的吸附特性受到影响。来自碳的汞去除率随着混合气流中的HCl浓度而增加。在约300℃下注意到汞解吸峰。作者认为，在这些条件下，峰值可能与氯化汞物种的分解和解吸有关。

由Feng等人确定。[ 34 ]在混合气体情况下，元素汞吸收与混合气流中的噻吩硫和硫酸盐硫有关。但是，这些混合气流中活性炭的元素硫吸收已被这些作者确定为最有效的元素汞捕获剂之一。作为一般性陈述，烟道气流中SO 2的存在倾向于增强元素汞捕获，并且SO 3的存在倾向于抑制烟道气流内元素汞原子的有效捕获。另外几个其他作者[ 25，33 ]已经研究的SO的直接影响3烟气流成分从混合气流中捕获元素汞，并且都报告说，与二氧化硫不同，烟道气流中的SO 3可以显着降低活性炭表面上的元素汞捕获率。

Morimoto等人专门关注在实验室中从模拟煤燃烧烟道气流中去除汞蒸汽。[ 32 ]使用H 2S气体将硫沉积到商业上的各种活性炭产品上。这些作者建议，在低温（<150°C）下捕获元素汞成分的关键特征是烟道气蒸汽中存在草酸盐，这基本上会导致元素形式的硫沉积在碳表面上。然而，这些作者提出，随后在活性炭表面上吸附硫元素+ HgO = HgS的反应是表面上元素汞捕获的关键机制。随着这些作者在他们的实验中开始观察到汞捕获，通过目视观察在碳表面上确认了元素硫的存在。

Hsi等人报道了硫官能团浸渍温度对活性炭纤维的影响以及随后的模拟烟道气流中元素汞的螯合作用。[ 31]。该研究集中于碳的微孔结构。作者发现，这些碳的总硫含量随着温度的升高而降低。他们报告说，在这种模拟烟气情况下，这些碳上的硫是无机和有机形式，无机形式在较低温度下更为主导。在任何温度下的硫浸渍使碳的表面积减少了比原始活性炭表面积低两个数量级。有趣的是，这些作者认为元素硫是硫官能团的主要形式，它将元素汞收集到其碳表面，并且这些官能团与活性炭的微孔特征相关，这两个特征都提高了汞的去除效率。他们模拟的烟气流。通过这项工作，他们得出结论，碳基吸附过程无论是直接注入还是固定床工艺，它们最有可能从工业烟道中以微克每立方米的数量级去除非常低的痕量气相浓度的元素汞。气流。

在元素汞捕获之前，硫作为酸性物质排列存在于与元素汞捕获相关的活性炭的表面上，以各种形式存在。虽然在活性炭表面上可以有各种形式的硫，包括有机和无机结构，但它主要是元素硫形式，在给定的一系列温度范围内，是活性炭表面化学吸附元素汞吸收的主要决定因素。在混合气体烟道气流中。

卤素作为表面功能分组

关于卤素功能剂，许多作者[ 2，43 - 48 ]已经注意到，具有卤素的混合气体的情况时内元素汞吸收的积极影响。元素汞吸收的机制促进了化学吸附。根据De等人的说法，在一个案例中，氯[ 2 ]在实验室环境中是最好的。[ 45 ]在实验室环境中，碘最适合从另一种情况下的混合烟气流中捕获有效的元素汞。表3总结了通过卤素捕获元素汞的特征。

表3：各种卤素的存在和HgO在活性炭（AC）上的吸附。

Zeng等人的研究工作。[ 26 ]显示了氯掺杂对活性炭的影响以及随后的元素汞吸附。他们的工作表明氯化物浸渍显着提高了汞蒸气的吸附能力。ZnCl 2从0至5wt％浸渍到活性炭表面上显着提高了汞蒸气的吸附能力几乎一个数量级（图2）。

众所周知，用溴化合物化学改性的活性炭在从工业烟道气流中螯合气相汞方面最有效。Tong等人。[ 49 ]研究了用四种活性炭捕获的元素汞的浸出潜力。这些活性炭是原褐煤衍生的碳和用Br 2，KClO 3和SO 2化学处理的三种特定活性炭。作者清楚地显示了溴处理材料对捕获汞稳定性的影响。用溴捕获的元素汞很可能是碳表面上的溴化汞络合物。

在Hu等人的一系列实验中。[ 2 ]研究了在实验室环境中活性炭对元素汞的氧化吸附。在这种情况下，他们使用商业品牌的活性炭注射材料。这些作者还得出结论，溴化活性炭最有可能显着去除复杂烟气流中的HgO。

在100至200℃的温度范围内，Ghorishi等人。[ 48 ]使用HCl并报告活性炭表面上的氯组分提供了有效的元素汞吸收到碳表面上。一般而言，他们报道含金属催化剂的活性炭是有效的元素汞捕获剂。沉等人。[ 50 ]在一系列复杂的卤化物分组中发现，氯化物是烟道气流中元素汞最有效的捕获剂。这些作者确定，一旦发生与元素汞的氧化反应，这些金属氧化物作为HgCl或HgBr的化合物存在于活性炭表面上。

Uddin等人。[ 39 ]在含有卤素的温度范围为80至300°C的条件下工作。这些作者得出结论，在模拟烟道气流中，HCl对元素汞的去除贡献最大。然而，在混合气体情况下，例如存在SO 2，在HCl烟道气流中，每种组分气体对活性炭表面上的元素汞的吸收和稳定性起很大作用。

通过X射线吸收精细结构（XAFS）技术的同步加速器科学已被用于检查Huggins等人在混合烟道气流条件下元素汞在活性炭表面上的吸附络合物。[ 1]。这些作者得出结论，活性炭表面上含汞化合物的吸附络合物与烟气中存在的卤素的酸性物质有关。他们检测了活性炭上的氯和溴物种，发现与碘配合物相比，活性炭上的氯配合物是烟气中元素汞的更优异的捕获剂。他们推测，他们的实验结果表明，在他们研究的烟道气流中，碳会发生碘物质的显着挥发。Hutson等人。[ 44]使用X射线吸收光谱（XAS）来确定元素汞在商业活性炭上的结合信息。他们专门研究了溴化活性炭的吸附剂结构以及汞在两种市售溴化活性炭上的结合。结果表明，作为蒸汽一直引入系统的汞作为氧化形式与碳结合。

Huston等人。[ 44 ]已经注意到溴在其各自不同的烟道气流情况下是比氯更有效的捕获剂。Otten等。[ 51 ]已经指出，虽然卤素是烟道气流中元素汞的有效烟道气流捕获剂，但这些作者认为，燃烧系统中溴的元素汞氧化不同于含氯的同一系统。他们认为溴对于复杂工业系统中的元素汞控制可能更稳定。

总之，在各种条件下，卤素可以是重要的烟道气流元素汞吸收剂。然而，它们与活性炭表面和含有元素汞的混合气体蒸汽组分的单独反应动力学可以是非常不同的并且从一种卤素物种到另一种卤素物种是复杂的。

氧作为表面官能团

已知存在于活性炭表面上的氧基团的类型可以通过活化条件显着改变[ 35 ]。因此，在产生活性炭产物的过程中，可以通过活化过程有效地设计表面特征，以在各种不同的混合气流条件下吸收元素汞原子。Rodriquez-Reinoso [ 7]将活性炭表面上的大量氧化学吸附变化归因于具有不同量的未配对电子的边缘区域，可用于与氧的化学表面反应。表4总结了通过氧气捕获元素汞的特征。

表4：氧气的存在和HgO在活性炭（AC）上的吸附。

Diamantopoulou等。[ 16 ]研究了O 2对化学流中HgO收集的影响。具有较高水平的微孔结构和增加的BET表面积的活性炭表现出更高的元素汞捕获能力。还注意到碳表面上氧浓度的增加与通过化学吸附过程捕获的汞直接相关。

Liu等人研究了活性炭表面吸收的元素汞的稳定性。[ 40 ]。他们研究了工业烟道混合气流中发现的各种气流成分对固定在硫磺浸渍活性炭上的元素汞原子的影响。他们发现，CO 2对这些碳没有影响。然而，在其烟道气流中存在氧气使吸收能力增加至30％。他们假设增强的性能是由于催化其碳表面催化的HgO的形成。水分增加高达10％可以将汞摄取量降低多达25％。这些作者指出，由于HgS形成的明显放热性质，其制备的碳的元素汞吸收效应随着反应温度从140℃升高到400℃而显着降低。

不仅可以控制活性炭表面上的氧官能团的活化条件，而且还知道对活性炭表面的纹理的边缘效应的类型可以对这些氧官能团产生影响。据Uddin等报道。[ 47 ]它是活性炭边缘效应，可以在元素汞吸收之前独特地捕获氧化物种类。这些边缘效应是在特殊设计的激活条件下产生的。

一些作者报道说，与激活碳表面相关联氧官能团的存在已被有效地连接到捕获元素汞在实验室环境[ 52，53 ]。他们的结果表明，除了内酯如羰基之外，它还是氧表面官能团，这对于在各种温度下的元素汞反应动力学是重要的。霍尔等人。[ 54 ]报道，活性炭表面结构内的氧气在100至300°C的温度范围内化学吸附元素汞相当有效。

李等人。[ 52 ]观察了约2％的水分和活性炭上的元素汞吸收。结果表明，活性炭上的元素汞键合与水分中的氧成分有关。Maroto-Valer等。[ 55 ]已经报道，氧气功能不仅是元素汞控制中的重要因素，而且碳表面上存在氧气的情况下存在的卤素物质与氧气一起促进了更有效的混合烟道气流元素汞吸附情景。

Liu等人考虑了混合气体条件对硫掺杂活性炭表面元素汞原子吸收的影响。[ 40 ]。他们表明，硫浸渍活性炭在各种混合气流条件下表现出有效的元素汞吸收能力。然而，注意到在氧气浓度增加的情况下，氧气的存在显着增加了它们对碳的汞吸附能力。正如看到的图3中，这些作者增加的O浓度2在混合气体载气流中，元素汞的含量为0至9％。当该混合气流中氧浓度为0-3％时，元素汞原子的吸收保持不变。然而，随着氧浓度从6％增加到9％，整个烟道气流汞捕获量分别从16％增加到33％。一般而言，固定床布置中水分的存在降低了其捕获汞系统的有效性，因为温度从140℃升高到250℃具有降低碳捕获元素汞的有效性的效果。

总之，许多作者已将氧气确定为混合烟道气流条件下元素汞吸附的参数。对活性炭的边缘效应倾向于成为各种物质的化学氧化的焦点，导致HgO的形成。与活性炭表面相关的氧原子不仅可以作为汞化学吸附到碳表面本身的直接途径，而且还可以直接影响其他物种对活性炭上元素汞化学吸附反应的反应动力学。

其他对活性炭元素汞吸收重要性的特征

孔隙结构

关于多孔结构，Lee等人。[ 20 ]研究了活性炭表面的孔隙结构，因为它与元素汞排放流捕获有关，他们得出结论，2 nm以上活性炭表面的孔隙特征是元素汞原子的更活跃的收集器。然而，这些作者指出，无论孔隙结构如何，其碳表面上的硫类型比其活性炭上的硫含量更重要，以获得有效的元素汞烟气流捕获。

为了提高商业碳的经济价值，Shamsijazeyi等人。[ 56用硝酸处理商业活性炭材料。重点是检查具有酸性的商业碳的固有孔结构的变化。对碘化和氮增强的碳进行汞去除试验。他们使用傅立叶变换红外光谱（FTIR）来评估酸处理对表面官能团的影响。通过该方法显示硝酸处理增强了这些碳的元素汞吸附能力。这些程序的作者指出了元素汞化学吸附碳的外表面结构变化的价值，活性炭的孔结构是元素汞捕获的重要特征。

在一定温度范围内，活性炭上的微观和中孔隙粗糙度被认为是元素汞捕获的主要决定因素。Diamantopoulou等人已经证明了高度发达的微孔性。[ 16 ]和Hsi等人。[ 31 ]是有效元素汞化学吸附到活性炭表面的重要要求。已经表明，微孔和中孔都参与元素汞捕获，中孔作为从中孔到微孔表面特征的元素汞的导管路线[ 35 ]。这些作者在微孔结构上显示了通过化学吸附进行的主要元素汞捕获过程。

矿物基地

Arvelakis等。[ 23 ]研究了生物炭与煤焦炭活性炭表面作为元素汞烟气流的捕获介质。生物炭和煤焦之间的主要区别在于来自生物来源的生物炭，其矿物质含量显着低于煤焦或无机碳材料。两种类型的焦炭材料都非常有效地从混合烟道气流中收集元素汞。然而，煤焦炭材料在元素汞的混合气流收集方面的效率低于生物炭。活性程度的差异与活性炭的矿物质含量的量直接相关。

德等人。[ 45]研究了使用生物碳捕获烟道气流中的元素汞捕获量。通过从白木的快速热解获得的生物炭的蒸汽活化产生活化的生物碳样品。碳用卤化钾和卤化铵浸渍。向这些碳中添加卤化物显着提高了模拟和工业规模烟道气流中的元素汞捕获率。作者表明，卤化铵在收集元素汞方面比卤化钾更有效，并假设前者提供了更好的元素汞进入碳孔结构。

Scala等人研究了元素汞的吸收。[ 57 ]在活塞式碳粉末的管道内焚烧炉烟道气流中。他们发现，通过增加吸附剂颗粒尺寸和减少导入物停留时间，可以获得汞捕获性能的改善。

这一类活性炭表面上的复合结构中，几位作者报告说，氯化锌的氧化性化合物活性炭2它们的表面上并最有效地[收集汞元素26，58 ]。氯化锌吸收最强烈地取决于温度。重要的是还要注意，有一些其他化合物，例如一旦它们被收集在活性炭表面上，在适当的条件下将以这种方式捕获活性炭表面上的元素汞原子。捕获活性炭上元素汞的另一种化合物是V 2 O 5。由V 2捕获的气相元素汞在Wang等人的研究中，研究了碳的O 5用于模拟烟道气流。[ 59 ]。结果表明，用这种化合物捕获到碳表面的元素汞远远大于原始活性炭。捕获速率随着V 2 O 5的加载而增加，并且通过烟道气流中O 2的存在而增强，并且被气流复合物中的H 2 O 抑制。使用光谱技术，Wang等。[ 59 ]报道了元素汞以HgO和HgSO 4的形式被隔离在活性炭上。他们认为汞在V上被催化氧化成Hg 2+2 O 5。

Lee等人报道了汞蒸气氧化和在化学处理的碳上的吸附。[ 24 ]。他们研究了CuCl 2 - AC（Norit Americas的市售活性炭）和DARCO的碳的元素汞氧化和吸附特性。结果表明，与DARCO产品相比，CuCl 2 -AC具有不同的元素汞捕获位点。这些作者认为矿物碱差异解释了反应性的差异。

从环境中螯合汞的方法是将其置于混凝土材料的组合物中。一旦它到位，它将保持固定在这种永久存储形式，并且不受环境影响。Golightly等。[ 60 ]研究了放入混凝土材料中的飞灰中汞的释放情况。混凝土材料显示出非常强烈地保持汞材料的有效性能。在固化过程中释放出一小部分汞。然而，一旦在混凝土混合物中，它被认为是安全的环境释放。在未燃烧的飞灰碳和活性炭注入气溶胶的复合物中，他们注意到活性炭比未燃烧的飞灰碳颗粒更安全地保持复合物中的汞。

Hower等人研究了对燃煤电厂空气排放中汞的控制。[ 61 ]。飞灰中的未燃烧的碳可以捕获不同量的HgO，这取决于烟道气流的温度和组成。他们发现HgO捕获量随着飞灰中碳含量的增加而增加。这些粉煤灰碳表面积的增加也可归因于增加流内汞捕获量。包括HCl和H 2 SO 4的酸性气体在烟道气流HgO捕获中也增强。

温度

活性炭上元素汞的化学吸附温度是从混合气流中捕获的重要参数。

Murakami等人。[ 18 ]使用模拟煤燃烧烟道混合气体（包括HCl，SO 2，O 2，CO 2和H 2 O）来研究汞在商业活性炭上的吸附/解吸机理。床反应器温度为80℃。通过温度程序解吸（80至500℃）技术研究了在各种吸附/解吸条件下汞物种在活性炭上的热稳定性。这些作者发现在较高温度下在活性炭上形成的汞物种是HgCl 2并且这些物质在约300℃下在活性炭上分解和解吸。他们认为，模拟烟气中存在的氯会导致汞化合物高温分解。

Ho等人报道了温度的影响。[ 62 ]用于元素汞捕获。活性炭床温度对混合烟道气流中的汞吸附过程具有深远影响。De等人观察到温度对元素汞捕获的简单直接影响。[ 45 ]。图4显示了温度对其碳去除汞效率的影响。他们表明，通过改变温度，从25到160°C，活性炭汞去除效率提高了至少50％。该研究考察了在这些温度下各种汞沉积助熔剂对活性炭表面的影响。这些作者提出物理吸附可能是浸渍活性炭从烟道气流中除汞的原因。温度的升高明显降低了这些活性炭的元素汞吸附效率。活性炭元素汞捕获过程中的较低温度是造成碳表面最强的元素汞质量通量的原因。

为在活性炭上的有效元素汞捕获，温度已被确定[ 18，62 ]作为一个重要的工艺参数。在大多数情况下，报告的浸渍活性炭的元素汞捕获量与温度在50至300°C范围内成反比。实际上，较高的温度（约600℃）促进活性炭材料上的有机硫物质，其区别于元素汞捕获。而其他作者报道，较低的温度（<200°C）倾向于有利于在活性炭表面上形成元素硫，因此通过来自混合烟道气流的化学吸附途径促进元素汞原子的吸收。

这些作者中的许多人都承认吸附温度是关键的决定因素，它为活性炭吸收混合气体中的元素汞原子提供了最佳平台。然而，大多数人都注意到，温度大约在120到180°C之间，可以提供最佳的化学吸附平台，有效捕获烟气中的元素汞物种。

行业运营条件

许多工业烟道气流是几种不同气态物质的复合物。这些复杂的气流支持这样的假设，即烟气中的酸性物质（HCl，HNO 3，H 2 SO 4等）与活性炭吸附剂表面的相互作用是产生活性酸的重要机制。通过化学吸附在这些活性炭表面捕获元素汞的位点[ 27 ]。在这种情况下，特别设计和制备的活性炭用于特定行业活动的价值是巨大的。

在加拿大，Trans Alta，ATCO，EPCOR和GE Energy等公司共同评估了用于元素汞控制的全尺寸吸附剂注入技术[ 63 ]。他们的结论是，注入技术能够使汞排放控制降低至少70％。他们还研究了通过飞灰捕获烟道气体汞的价值，并得出结论，烟道气体飞灰浓度在工业排放控制策略中是有价值的，应该考虑操作汞排放控制情景。

北达科他大学已开展研究，为其燃煤电厂设施提供一种具有成本效益的元素汞排放率控制系统[ 64 ]。他们的重点是降低元素汞烟气流控制成本50％至90％。从煤燃烧烟道气流中去除元素汞的最广泛的策略是通过吸附剂注入上游的控制装置如织物过滤器和静电除尘器吸附元素汞。

在工业背景下，Yan等人。[ 65 ]报道元素汞的吸附很大程度上取决于操作条件。在许多工业情况下，硫吸附在较低温度下是最佳的。Jones等人估算了用于汞排放抑制的商业产品的成本。[ 66 ]。这些作者引用了典型的成本范围，即每一公斤元素汞排放从典型的工业烟气流中排出40,000到60,000美元。工业方面的考虑确实考虑到，通过远离活性炭进行元素汞排放控制并专注于回收利用部分燃烧的煤灰作为元素汞捕获介质，可以大大降低成本。

放入发电厂烟道气流的喷枪被称为小偷。O'Dowd等人详细描述了粉煤灰碳的窃贼过程。[ 67 ]和Granite等人。[ 68]。这是一种使用碳的汞去除工艺，可适用于广泛的燃煤电厂系统。该技术涉及在发电厂的烟道气流中生产热活化吸附剂。通过将喷枪插入活性火焰附近的燃烧器中并提取部分燃烧的煤的混合物来获得吸附剂，所述部分燃烧的煤具有适合于在烟道气流温度下除去气相汞的吸附剂吸附性质。虽然从技术上讲它不是活性炭，但由于缺乏完全活化，可以认为这种飞灰流已经部分热解。这些作者提出，将这种吸附剂注入炉子的下游管道可以降低成本，有效地捕获排放物流中的元素汞。

在窃贼过程中，来自主燃烧炉的部分燃烧的煤从炉中移出。然后将其收集并以有组织的方式注入来自燃煤电厂主锅炉的下游管道装置，以增强颗粒收集装置，例如湿式洗涤器，袋式房屋等。该技术装置的实际价值它是从煤燃烧流中获取部分燃烧的碳气溶胶，以适当的方式将它们送回发电厂燃烧过程的排气系统。基本上这些被拒绝的碳材料已经在该燃烧设施中作为主燃烧目标颗粒付出。这些气溶胶中残留有一些碳成分（即 它们不是灰分产品）然后颗粒再次作为元素汞收集产品引入下游。一些作者提出，与商业上可获得的活性炭吸附剂的类似质量流量相比，通过Thief工艺捕获混合烟道气流中的元素汞更有效[24，61，67 ]。据称，应该在这个研究方向上进行更多的研究，以评估小偷过程的商业可行性。

杨等人。[ 22 ]确定了燃煤电站锅炉汞捕获吸附剂设计的最新进展。这些排放取决于燃煤种类，锅炉运行条件，如温度和空气污染设备的类型。他们认为，它是活性炭注入剂，具有在工业综合体内良好运行以控制汞排放的最佳机会。他们使用商业品牌的活性炭，并在实验室和现场设置中进行了测试。他们在程序中使用硫，卤素和其他类型的增强表面化学试剂来捕获HgO。在他们的实验中，他们得出结论，溴增强结构对于堆叠式HgO隔离的成本有效隔离是最有吸引力的。

一旦汞从排放物流中隔离，该产品的储存地点之一就是混凝土的地层材料。Golightly等。[ 60 ]对固化过程中混凝土材料释放的气态汞进行了研究。在整个固化过程中汞的释放范围为0.4至5.8纳克汞/千克混凝土。测量从暴露的混凝土表面到无汞区域范围的汞通量，其显示类似于天然土壤对环境空气的汞通量。他们的结论是，人为来源的汞储存可以通过这条路线最有效地储存在混凝土砌块布置中。许多相关行业都将重点放在混凝土上，作为其汞络合材料的永久隔离形式。

从该综述中可以清楚地看出，活性炭应用于元素汞排放物流的混合气流控制是在各种情况下最重要和最有用的技术。设计活性炭表面功能剂可以显着改善元素汞捕获过程，这可以直接与工业成本效益分析相关。无论是通过表面孔隙度还是矿物结构施用表面功能剂或活性炭的矿物基础结构，活性炭都可以作为元素汞混合气体排放控制的工具。

影响混合气流中活性炭表面元素汞捕获速率的因素很多。这些因素在元素汞排放混合气体排放中的应用可能相当复杂。所有元素汞吸收反应都受温度的影响。大多数作者认为活性炭的孔结构，表面化学以及活性炭表面上硫和其他功能增强的存在是决定混合气流中元素汞吸收速率和效率的主要决定因素。对活性炭和表面粗糙度的边缘效应也有效地捕获通过化学吸附过程与元素汞相互作用的氧化汞物质。

温度是用于排放控制的主要元素汞混合气流决定因素。此外，设计活性炭表面的其他关键因素是工艺压力，蒸汽停留时间和烟道气中的水分。所有这些因素都会对活性炭的表面化学产生影响，并会影响工业烟气中活性炭的汞捕获能力。

很明显，活性炭表面存在一些主要决定因素，这些决定因素强烈决定了元素汞混合气体捕获效率。化学物质，如硫，卤素，氧和各种化合物（如V 2 O 5，ZnCl 2等），用于在混合气流中有效捕获元素汞。根据不同研究人员的结果，有可能在元素汞混合气体排放到环境之前开发更高水平的排放控制。