燃煤电厂烟气中汞的排放已经严重威胁到生态环境和人类的健康。单质汞（Hg~0）的物理稳定性和化学惰性使得Hg~0处理成为烟气中汞脱除的难点。目前脱除Hg~0应用较为广泛的就是活性炭喷射技术（ACI）,但是应用过程中存在活性炭（AC）脱汞能力低,操作成本高等问题。并且使用后的吸附剂依旧会残留在飞灰中,不仅降低飞灰使用价值,还有可能导致汞的再次释放。考虑到AC优越的物理结构特性,如果能加入磁性使其实现分离和循环利用,不仅能极大地降低操作成本;还能实现吸附剂回收再生还能够防止汞的二次释放。基于本课题组前期研究基础,制备磁性铁氧化物与活性炭结合吸附剂成为最有可能实现的研究思路。本文首先研究铁氧化物在脱汞过程中的作用。以α-Fe2O3,γ-Fe2O3和Fe3O4为实验对象,分析铁氧化物的脱汞性能;并考察不同气氛中铁氧化物脱汞的效果。铁氧化物本身对汞的捕获能力较低,但是模拟烟气中氧化性成分可以通过非均相反应促进Hg的氧化吸附。HCl浓度和反应温度的提升都有利于HCl促进Hg~0在铁氧化物表面的氧化。通过密度泛函理论分析发现,HCl促进脱汞的关键在于形成活性Cl基团。铁氧化物表面Fe也可以提供活性位点,在反应中具有重要作用。在模拟烟气中脱汞性能测试实验也说明铁氧化物能够在复杂烟气条件下保持较好的脱汞效果,但是模拟烟气中加入水蒸气后会导致铁氧化物吸附剂中毒失活,脱汞效率不到20%。其次分析改性AC吸附剂的脱汞性能,研究金属元素与AC结合脱汞的可能性。使用Fe,Mn,Cu三种金属的硝酸盐和氯盐改性AC,分别获得金属改性AC和增加活性Cl物质的吸附剂来分析金属元素改性与Cl改性的区别以及不同组分发挥的作用。三种金属硝酸盐改性后的AC吸附剂脱汞效率都有不同程度的降低;但是氯盐改性AC吸附剂的脱汞效率都高于95%。重点选取Cu元素进行研究,通过负载不同形式的Cu元素和Cl元素对比发现,Cu与Cl的协同作用才是改性吸附剂高效脱汞的关键。模拟计算结果表明,而CuCl2改性AC能将Hg氧化成Hg Cl2并吸附在Cu活性位,反应能垒和反应热分别为121.83kJ/mol和4.5kJ/mol。在模拟烟气脱汞实验中,金属氯盐改性AC不仅保持较高水平的脱汞效率,还能有效抵抗烟气中水蒸气的影响。吸附剂研发中需要考虑两个重要因素:制备过程和性能评价。本文选取操作简单,流程易控的共沉淀法制备磁性铁碳（Fe-C-x）结合吸附剂,以便满足工业应用和控制成本的需求。通过调节铁与碳的比例可以制备出磁性范围从23.8 emu/g到62.5 emu/g的吸附剂。测试结果表明,AC表面会被Fe3O4沉淀覆盖,从而导致Fe-C-x的物理吸附性能下降。尽管氮气气氛中Fe-C-x的脱汞效率不如AC,但是在模拟烟气脱汞实验中,铁碳比为1:1的Fe-C-3表现出较好的脱汞能力,并且高温条件下表现要明显优于AC。烟气中不同组分对Fe-C-3脱汞的影响也大不相同。HCl能够促进Hg~0的脱除,SO2则展现明显的抑制作用;O2单独存在时作用不大,但与NO同时存在则能迅速提高Fe-C-3的脱汞效率。Fe-C-3吸附剂在多次模拟烟气循环再生实验中都展现出稳定的脱汞效率,这说明Fe-C-3吸附剂具有良好的耐用性和再生性。针对Fe-C-3吸附剂脱汞能力低和容易受到烟气中SO2影响的问题,使用Mn Cl2浸渍改性Fe-C-3吸附剂来强化其脱汞能力和抗硫性能。改性后吸附剂在氮气气氛中脱汞效率可以提升到67%-90%。浸渍溶液浓度越高,吸附剂的脱汞效率越高,并且汞吸附容量也会相应提高。尽管高浓度SO2存在还是会抑制Hg~0的脱除,但是0.02Fe-C吸附剂在SO2气氛中脱汞效率要明显高于未改性吸附剂。此外,烟气中加入O2能够促进Hg~0的氧化脱除并削弱SO2的影响。通过实验和计算模拟发现O2会与吸附剂中Mn结合,促进Mn向高价态转化,从而增强其氧化性。O2也能在吸附剂上解离出活性O,然后与Hg反应形成HgO。为了分析吸附剂在流动烟气中的脱汞性能,本文在实验室规模的喷射床台架上展开吸附剂喷射脱汞实验。吸附剂的喷射量越大,停留时间越长,脱汞效率也就越高;烟气中初始汞浓度增加也会提高脱汞效率。0.2CuCl2-AC和0.2Fe-C吸附剂在喷射过程中脱汞效率最高能分别达到78%和74%。吸附剂在固定床上的脱汞效率普遍要高于喷射过程中的脱汞效率,这种差异主要在于固定床中动力学扩散阻力要小于流动烟气中扩散阻力。根据吸附剂喷射脱汞的特点构建脱汞效率数学模型,可以根据吸附剂物理化学特性和实际运行工况分析并合理预测吸附剂在喷射过程中的脱汞效率。