煤是当今中国最重要也是储量最丰富的化石能源，占中国主要能源供应的70%以上。如图1-1所示，目前中国的煤炭需求量占全世界煤炭需求量的43%左右，且以煤为主的能源结构在未来相当长时期内难以改变，预计到2035年中国对煤炭的需求量将达到全世界的50%。 2005年中国的煤炭产量达到22.3亿吨，己跃居世界首位，2010年全国原煤产量约32亿吨，比2005年增长了1.5倍。我国的绝大部分煤炭产能均在国内消费，其中50%以上用于发电。截至2010年底，我国发电设备总装机容量为96219万千瓦，其中，火电装机容量70663万千瓦，占全国发电设备总容量的70%以上。燃煤火电厂在保障我国社会、经济高速发展的同时，向大气排放了大量的颗粒物、CO2、SOX、NOX、以及众多有害痕量元素。为了在发展经济的同时避免环境污染，保障人民群众的生命财产安全，国家非常重视燃煤污染物的控制。先后立项了“燃煤污染防治的基础研究”、“燃煤污染物干法联合脱除的基础研究”等“973”重大项目及众多其它项目研究燃煤污染物的防治。
燃煤排放的大气污染物主要包括:有机污染物、硫化物、氮氧化物、未燃炭和有害痕量元素，它们几乎是造成各种癌症的主要原因，其中以亚微米颗粒形式存在的痕量元素对人类健康的危害最大[6]。这些痕量元素主要包括：汞(Hg )、铅(Pb )、氟(F)、氯(C1)、砷(As )、硒(Se)等。其中汞由于具有极强的挥发性、持久性、巨毒性、生物累积性日益受到国际社会的高度关注。燃煤汞污染控制已成为目前最热门的研究领域之一，截止2011年8月28日，以Coal及Mercury作为关键词的SCI文章检索量为1773篇，研究机构遍布67个国家和地区(基于ISI Web )。
汞污染的危害主要体现在它的毒性。汞的毒性取决于它的化学状态，不同种类的汞(元素汞，无机汞化合物，有机汞化合物)毒性及中毒症状不一。汞可以通过消化道、呼吸道以及皮肤吸收三种方式进入人体。元素汞主要通过吸入途径进入人体，甲基汞主要通过食物尤
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其是鱼类和贝壳等进入人体。由于汞对含硫化合物具有极高的亲和能力，它在进入生物体后，可以破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成，由此引起肝脏和肾脏损害甚至衰竭等各种严重后果。此外、汞也是一种神经毒素，可以在大脑组织中累积，导致人体运动失调、语言障碍等。不同种类的汞中以有机汞化合物毒性最大，环境中任何形式的汞均可在一定条件下转化为有剧烈毒性的甲基汞。日本水误病的致病物质即为甲基汞，从1953年到1972年一共发现了283个水误病病例，其中己有60多人死亡。此外，甲基汞通常以人体的神经系统作为目标组织甚至可以通过母体影响胎儿的神经系统，使出生婴儿有智能发育障碍、运动机能受损、流涎等脑性小儿麻痹症状。据美国EPA估计，美国每年大约有322,000
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名新生儿由于受汞的影响而神经系统受损
汞也是危害植物生长的元素。大气中的汞及其化合物、含汞的农药及化肥、以及土壤中的汞均可以被植物吸收。当生长环境中汞含量过高时，汞就会在植物体内快速地累积，对植物产生严重毒害，导致叶片脱落、枯萎等后果。在植物体内累积的汞会随着食物链进入动物及人体内造成更严重的危害。由于其高挥发性和低水溶性，以及在大气中长达半年至两年的停留
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时间，汞极易通过长距离的大气传输形成全球性污染，对人类和环境造成更大的危害。
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如图2-1所示，该实验系统主要由配气系统、反应装置、测试系统及尾气处理系统四部分组成。
如图2-1所示，实验系统中N2气流分成两路。第一路N2气流通过储存汞渗透管(VICI Metronics)的U型玻璃管，将单质汞带入模拟烟气；第二路从气流与O2、CO2、SO2及NO混合构成模拟烟气的主要部分。U型玻璃管置于恒温水浴中，通过调节温度控制汞的发生量，保证模拟烟气中汞浓度的稳定性。本研究中采用的汞浓度在50-75µg/m3之间。其它烟气组分跟N2, O2, CO2等主要烟气组分一样均来源于钢瓶气，并采用质量流量计(精确控制各烟气组分的流量，保证模拟烟气总流量为1.0 L/min。模拟烟气中除汞外各烟气组分的浓度均在典型燃煤烟气的浓度范围内: 4-20% O2, 12% CO2，8% H2O，5-100ppm HCl，400-1600ppm SO2，50-300 ppm NO，平衡气为N2。当采用NH3时，NH3/NO比例为1:1。各组分气体混合均匀，在反应器前的管道内被加热带预热后进入反应器。
本实验系统中反应器为圆柱形钢管。反应器置于一个可程序控温的管式炉内，反应温度可通过管式炉精确控制及调节。
测试系统采用RA-915+测汞仪测试烟气中汞浓度。该测汞仪是在塞曼原子吸收光谱法的基础上应用了高频调制偏振光技术（ZAAS-HFM）。放射源（汞灯）置于永磁体H内，汞共
振线λ=254nm被分为π、σ-和σ+三种偏振塞曼组分，当射线沿着磁体直向传播时，光电探测器仅仅探测σ-射线，其中一部分落在吸收线的侧面，另一部分落在外界。当分析池中无气汞时，两部分σ-射线的强度一样的。当分析池中有原子吸收时，两部分σ-射线的强度的差异随着汞气浓度的增加而增加。σ-射线被偏振调制器分开，σ-射线的光谱移动明显小于分子吸收波段的宽度和散射范围，因此，各部分间干扰而产生的背景吸收不影响仪器的读数。10米长的多光程样品池有效的提高了仪器的灵敏度。RA-915+汞分析仪（主机）是用来测定环境空气、住宅以及生产区空气以及天然气和工厂烟囱排放气体中气态汞的浓度。能够在静态模式和交通工具（车、直升机、船等）连续模式状态下在线监测空气中气态汞的浓度。该仪器是用来解决环境问题、石油和矿藏勘探、监测技术过程以及清洁生产和科学研究。
RA-915+测汞仪是汞分析系统中的一部分，该汞分析系统包括测定气态、液态和固体样品在汞的含量。汞分析系统主要是由RA-915+测汞仪，RP-91附件，该附件是应用冷原子荧光技术测定液体样品中汞的含量，以及RP-91C附件，该附件是应用热解测定液体、固体复杂样品组分中汞的含量。
烟气通过测汞仪被测试后，通过专门管道连接到通风橱排空。 实验中用到的主要材料如表2-2所示。
每次实验开始时，模拟烟气绕过反应器，测试反应器进口单质汞浓度。待反应器进口浓度达到稳定后，切换阀门使得模拟烟气通过反应器中的催化剂，测试反应器出口单质汞及总汞浓度。达到稳定的定义为:30分钟以上的时间范围内，汞浓度变化不超过5%。实验中，通过改变催化剂种类、催化剂量、反应温度以及烟气组分等各种因素，研究不同条件下汞的氧化与脱除。实验结束时，再次将测汞仪切换到反应器出口，核实反应器进口汞浓度。
