燃煤痕量元素汞的排放污染问题日益引起国际社会的普遍关注。汞是一种强致癌物。燃煤汞污染已经成为继粉尘、SO2、NOx之后的第四大污染物。然而，目前对燃煤电厂烟气汞形态转化的机理、飞灰汞吸附的机理、高效价廉实用脱汞吸附剂的研究，尚未形成统一的理论和共识。根本原因在于烟气汞形态转化、飞灰吸附脱汞过程的多样性、复杂性，以及煤种、燃烧方式、烟气和飞灰组分、污染物控制装置等对其影响的交互性，等等。本文基于目前燃煤烟气汞形态转化及吸附脱除的研究成果，应用当前最先进的研究物质微观形貌特征和探测物质表面化学元素及官能团等的科学测试仪器和设备，采用从实验到理论，从理论到实践，从宏观到微观的研究方法和路线，尝试从物质基本构造出发，研究元素汞在气相和固相表面吸附和形态转化的机理，以及汞物理吸附和化学吸附的机理。在此基础上研制出价廉高效的改性钙基吸附剂，并构建了改性钙基吸附剂烟气汞吸附理论模型。　　 基于当前国内燃煤电厂汞形态转化和排放特性规律研究的数据库匮乏之现状，选取了我国八个有代表性的燃煤电厂，使用目前国际通用的燃煤烟气汞形态浓度测试标准方法(OHM)，对污染物控制装置前后烟气汞形态浓度进行了现场测试分析与实验研究。结果表明，我国八个典型燃煤电厂烟气中汞浓度在0-30μg/m3，ESP的平均汞脱除效率为33％，FF对烟气总汞的脱除效率平均为50％；颗粒态汞可以被ESP/FF高效地脱除。烟气中氧化态汞浓度较高时，WFGD对氧化态汞的脱除效率可达90％；但其浓度较低时，WFGD对其脱除作用不明显，甚至会在WFGD中发生还原反应使氧化态汞还原成元素态汞。WFGD对颗粒态汞有较高的脱除效率，但对元素态汞几乎没有脱除作用。NID-ESP(GFGD)对各种形态的汞都起到了非常高的脱除作用，对烟气总汞的脱除效率达到83．56-90．93％。　　 使用DMA80全自动测汞仪，对八个燃煤电厂ESP/FF飞灰汞含量进行了测定；使用全自动比表面积及孔隙度分析仪(ASAP2020)，结合扫描电镜(SEM)等，全面分析研究了燃煤飞灰的空隙结构、微观形貌、分形维数等飞灰粒子的基本物质结构特征，对烟气汞形态转化和吸附脱除的内在机理和影响成因；深入细致地研究了飞灰汞物理吸附和化学吸附的机理。结果表明，ESP/FF飞灰中未燃尽碳含量是飞灰吸附脱除燃煤烟气中汞的一个重要因素。飞灰汞含量和富集因子与飞灰比表面积呈现高度的相关性。飞灰汞富集因子与飞灰颗粒表面分形维数基本上呈正相关关系，即飞灰颗粒表面分形维数越大，飞灰的汞富集因子越大，飞灰汞的吸附量越多。FF飞灰比ESP飞灰的孔隙率大，孔分布更宽，孔隙结构更发达；但几何形状变得更加不规则和不光滑，这样的微粒堆积形态更有利于对汞的吸附。亚微米级颗粒物对汞的吸附能力不仅取决于它的堆积形态，而且取决于比表面积的有效利用率。飞灰的孔隙结构在ESP/FF除尘过程中不断地变化和发展着，生成了许多新的中孔和微孔；孔分布越宽，微孔越发达，孔隙率越大且微孔表面利用率越高，越有利于汞的被吸附。飞灰对汞的吸附是物理吸附、化学吸附、表面催化氧化，三者综合作用的结果。　　 利用X射线能谱分析仪(EDX)，X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)，X射线光电子谱分析仪(XPS)，全面分析研究了燃煤飞灰表面化学元素、微晶物质、矿物组成、化学官能团等，对烟气汞形态转化和化学吸附的机理。结果表明，飞灰表面含有的Al-O/Si-O、Si-O-Si/Si-O-Al等化学官能团组成的环状硅酸盐，属于类分子筛结构。它们在飞灰中的含量越高，飞灰的汞吸附能力越强。从化学吸附的角度，获得了与物理吸附相一致的结果，即验证了实验得出的：电厂4 ESP四个电场飞灰(FA4)中，ESPⅢ中汞含量最高、ESPⅡ次之，ESPⅣ再次之，ESPⅠ最小的结论。燃煤飞灰中的矿物组分主要有莫来石，石英、α-Al2O3和赤铁矿α-Fe2O3。燃煤烟气中NOx可在飞灰表面的α-Fe2O3催化作用下，与烟气中的元素态汞发生催化氧化反应，促使烟气中元素态汞转化为氧化态汞。通过对飞灰表面的XPS能谱进行Hg分峰数学处理，首次对飞灰表面的元素态汞和氧化态汞的形态浓度进行了定量化，验证了飞灰表面对烟气汞既存在物理吸附又存在化学吸附。发现了飞灰表面的Rh铑贵金属能与汞发生汞齐化；其含量与元素汞含量呈正相关关系。该结论与实验结果相一致。　　 从提高烟气中元素态汞向氧化态汞的转化率和提高单质汞吸附效率两方面出发，本文首次利用高锰酸钾、硝酸银、硫和碘化钾对钙基吸附剂Ca(OH)2进行了改性，并在模拟烟气固定床汞吸附实验台上系统地进行了汞吸附实验。结果表明：高锰酸钾改性后吸附剂表面的MnO2可以将烟气中70％的单质汞催化氧化成氧化态汞；汞吸附效率、吸附有效时间和汞吸附量均明显增加；改性后的钙基吸附剂增强了化学吸附作用。硝酸银改性钙基吸附剂，使负载到Ca(OH)2表面的单质银与模拟烟气中的Hg0发生了银汞齐反应，改性钙基吸附剂的化学吸附作用显著增强；吸附效率80-94％，吸附量提高了一个数量级，并且基本不受烟气成分和反应温度的影响。负载到Ca(oH)2表面的单质硫与模拟烟气中的Hg0发生了化学吸附反应，生成稳定的硫化汞，对汞的吸附能力、吸附效率都有非常显著的提高。对Ca(OH)2进行碘改性后，发现碘化钾改性后的钙基吸附剂能够极大地促进元素态汞向氧化态汞的转化。　　 对本文研制的四种改性钙基吸附剂的汞吸附过程构建了简化化学动力学吸附模型，并进行了汞吸附过程的模拟，预测结果与实验结果相吻合。