1. 引言
汞是一种易挥发的剧毒重金属，可随大气环流远距离迁移，造成全球性污染。人为汞排放对人类健康和生态安全构成重大威胁。2013年以来，在联合国环境署的推动下，包括中国在内的128个国家和地区签署了《关于汞的水俣公约》，实施了禁止原生汞矿开采，严格控制汞的排放等举措，强化汞的管控。与此同时，汞具有独特的物理化学特性，在化工、军工等行业有着不可替代的作用。因此，在国际公约履约的前提下保障汞资源的有效供给是国家资源安全的重要工作。有色冶金是涉汞重点行业之一，汞作为典型的亲硫元素大量伴生于金属硫化矿物中，且由于汞的易挥发性和化学惰性，导致汞在有色冶金全流程分散，并主要集中于烟气和洗涤污酸中，造成资源流失和严重的环境污染。现有烟气控汞方法可分为烟气净化装置协同脱汞与直接脱汞技术。协同脱汞是指利用现有的除尘、洗涤、制酸等冶炼烟气处理设施对烟气中汞进行被动控制，不设置专门的脱汞环节。但协同脱汞对烟气中单质态汞（Hg0）几乎没有脱除效果，导致大量汞进入硫酸产品。因此，发展直接脱汞技术是实现烟气汞深度捕集的重要需求。吸附捕汞是目前极具发展潜力的烟气汞资源回收技术，传统的烟气汞吸附材料主要包括活性炭、金属氧化物、金属硫化物和硒化物。本文全面综述了影响汞排放的因素、烟气中汞的赋存形态、汞的吸附转化机制，以及从具有不同特征的工业烟气中去除单质态汞的吸附材料的设计和优化策略。例如，对于含有高浓度SO2的有色冶炼烟气脱汞，过渡金属硫化物比其他吸附材料具有更高的硫耐受性，因此表现出更好的汞去除性能。本综述建立了各类吸附材料在烟气单质态汞吸附过程中的“材料结构-汞吸附性能-稳定性”之间的构效关系，旨在为从实验室规模到工业规模的应用提供参考和指导。
Fig 1. Industrial flue gas Hg0 adsorption materials.
2. 图文介绍
Fig 2. (a) The profile of Hg0 adsorption process over CMC-stabilized FeS nanoparticles. (b) The effect of Se on the Hg0 removal process of natural MSs. (c) Mechanisms involved in Hg0 removal by natural FeS2 and magnetic Fe1-xS. (d) The effect of Se on the Hg0 removal of FeSx at different temperature. (e) Hg0 adsorption over DMF-inserted MoS2. (f) Adsorption process of Hg0 over ordered and disordered CuS.
过渡金属硫化物（如MoS₂、FeS₂）在烟气脱汞中，凭借丰富的表面硫空位及活性硫物种，对Hg⁰具有较强的化学吸附与固定能力，部分材料还展现出良好的抗SO₂中毒潜能。但其主要劣势在于高温或复杂烟气环境下结构易发生变化，长期稳定性不足，且高效活性位点调控仍具挑战。未来发展方向聚焦于通过缺陷工程与异质结构设计增强其稳定性与活性，并开发低成本合成路径。同时，探索其与光、热等外场协同，有望在复杂烟气条件下实现高效、稳定、经济的汞脱除。
Fig 3. (a) The Hg0 removal mechanism of FCs. (b) The synthetic route of Ag-Fe3O4@rGO nanocomposite. (c) Hg0 removal performance over as-prepared materials. (d) Hg0 removal efficiency of CuMn2O4, NiMn2O4, ZnMn2O4, and AC (activated carbon) at different temperatures. (e) Optimal structures of the (220), (100), and (111) facets, blue (Co) and red (O) spheres (red circles represent the oxygen vacancies). (f) Hg0 oxidation efficiency of the catalysts. (g) Photocatalytic mechanism of Ag2WO4(0.1)BiOI/CFO for enhanced Hg0 removal. (h) Effect of different photocatalysts on Hg0 removal efficiency. (i) The Hg0 removal mechanism of OMS-2. (j) Modification mechanism of Co on the Ce/Ti catalyst. (k) Hg oxidation performances of 1 wt% RuO2/rutile TiO2-WI.
过渡金属氧化物（如Fe3O4、Co3O4、CeO₂）是高效的烟气脱汞吸附剂，其核心优势在于优异的氧化还原能力，能通过表面活性氧与可变价态将Hg0高效氧化捕获。部分材料还可通过复合磁性组分实现便捷回收。然而，这类材料易受烟气中SO2等组分毒化，稳定性受限，且某些高效配方含贵金属，成本较高。未来研究将致力于通过缺陷调控和结构设计来提升抗毒性与经济性，并探索与光催化等外场技术耦合，以实现在复杂烟气环境中更稳定、更经济的汞脱除。
Fig 4. (a) Hg0 removal mechanism of AC prepared by one-step activation with ZnCl2. (b) The possible catalysis-oxidation mechanism for Hg0 adsorption on the PAC-Cu. (c) Enhanced mercury removal by transplanting sulfur-containing functional groups to biochar through plasma, removal efficiency of biochar under 30℃. (d) Schematic of elemental mercury removal by magnetic chlorinated biochars derived from co-pyrolysis of Fe(NO3)3-laden wood and polyvinyl chloride waste. (e) The effect of reaction temperature on Hg0 removal performance by sample T7Fe0 and T7Fe5.
碳基材料（如活性炭、生物炭）在烟气脱汞中优势显著，其比表面积大、孔道丰富，利于Hg⁰的物理吸附；表面可通过掺杂S、Cl或负载金属组分增强化学吸附能力，且原料来源广、成本相对较低。然而，未经改性的碳材料对Hg⁰选择性差，在含SO₂、H₂O等复杂烟气中易受干扰，吸附容量与稳定性受限。未来将重点通过对碳骨架进行杂原子掺杂、缺陷构筑及与金属化合物复合，提升其在复杂烟气中的选择性与抗干扰能力。同时，优化孔道结构、开发廉价前驱体以控制成本，并探索其与催化氧化等技术联用，是实现其高效、稳定脱汞应用的关键方向。
Fig 5. Schematic diagram of Hg0 removal on MOFs. (a) Br-MOFs. (b) UiO-66-type MOFs. （c）UiO-66-X (Cl, Br, I). (d) Mil-101(Cr). (e) Ag@MIL-101(Cr). (f) Se/MIL-101.
金属有机框架（MOF）在烟气脱汞中的核心优势在于其超高比表面积、可设计的孔道结构以及功能化的活性位点（如含S、N官能团），能对Hg⁰实现高效选择性吸附与固定。但其主要劣势在于热稳定性与化学稳定性不足，尤其在高温、高湿或酸性烟气环境中结构易坍塌，且合成成本较高、规模化制备困难。未来研究将聚焦于开发水热/化学稳定性更强的MOF（如Zr基、Fe基材料），并通过后修饰或缺陷工程进一步提升其对Hg⁰的选择性。同时，探索MOF衍生多孔碳或与稳定载体复合，以平衡其性能、稳定性与成本，推动其在复杂烟气条件下的实际应用。
总结
目前，工业烟气中汞的去除仍面临诸多挑战。例如，烟气成分的复杂性，包括其他污染物共存和极端的高温环境，都会影响吸附材料的性能与稳定性。此外，再生废弃吸附剂、处置富汞副产物及防止载汞吸附剂二次污染均需谨慎处理。从另一个角度来看，由于原生汞矿的开采已被禁止，因此从汞富集副产品中回收汞资源具有重大意义。研究吸附技术与其他处理方法的集成方式，并探索催化转化或等离子处理等新兴技术的潜力，可形成更全面的汞管控策略。此外，高效汞脱除需开发实时监测与控制系统，通过尖端传感器、分析技术及控制算法的支持，可阻断汞向环境的排放，只有妥善解决以上问题，才能在工业生产过程中实现零汞排放与无害汞资源利用。
文章信息
Recent progress on the advancements of adsorbent materials in elemental mercury removal from industrial flue gases
Hui Liu, Bob Wisdom Jallawide, Lin Wu, Zhilong Liu, Jing Yuan, Zixi Zhang, Varney Edwin Johnson, Kaisong Xiang, Liyuan Chai, Jun Wu*, Fenghua Shen*
Materials Today
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.021
团队介绍
中南大学刘恢教授团队长期从事有色冶金污染控制与资源循环、基于人工智能模型的重金属物质流解析等领域的科学研究工作，先后主持国家科技重大专项、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年基金等国家与省部级科研课题20余项。在Angew. Chem., Hydrometallurgy, Environ. Sci. Technol.等冶金、环境等领域顶级期刊发表SCI论文百余篇，入选科睿唯安交叉学科高被引学者，授权国家发明专利百余项，出版《有色冶金汞污染控制》等学术专著2部，主持参与编制国家和地方标准规范17项。
