近日，我校水恒福教授团队在煤基固废—煤矸石利用领域取得新进展，相关成果发表于化学反应工程、环境化学工程和材料合成与加工领域一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF: 13.3）。我校为论文第一单位，化学与化工学院硕士研究生吴亚森为论文第一作者，颜井冲副教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金优青项目和安徽省高校优青项目的资助支持。

煤炭在我国能源体系中具有不可替代的地位。煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的主要固体废弃物，目前已累积数十亿吨，亟需减量化处理和资源化利用。煤矸石发电或供热是其主要利用方式之一。然而，煤矸石单独燃烧面临系列技术难题。城市污泥也是我国大宗有机固废，其中含有诸多有害物质，焚烧可有效实现污泥减量化处置，然而其中高含量硫和氮易导致二次污染问题。

基于城市污泥与煤矸石在结构与组成方面的差异，本文开展了两固废掺烧试验研究，对燃烧过程中氮氧化物（NOx）与二氧化硫（SO₂）进行连续在线监测，考察了掺烧工艺对气体污染物释放规律影响，并结合燃烧烟气组成、矿物质及灰渣成分和热力学分析等手段对气体污染物释放规律进行了探讨分析，阐明了掺烧过程中两气体释放的动力学特征及原位减排作用机制。结果发现，城市污泥与矸石掺烧可有效显著减少NOx和SO₂的释放。掺烧过程中挥发性氮和焦炭氮的释放分别服从三维扩散及收缩核模型，贫氧气氛的形成以及强化的均相和非均相还原反应均有助于减少NOx的释放。SO₂的释放服从三维扩散模型，灰渣中的含钙组分有利于原位固硫。以上研究结果为工业锅炉处置多元含碳固废及污染物控制提供了理论依据和技术参考。

城市污泥与煤矸石中硫和氮的赋存形态

 

城市污泥与矸石掺烧过程NO和SO₂的原位减排

城市污泥与矸石掺烧过程NO和SO₂原位减排的作用机制

城市污泥与煤矸石掺烧灰渣中硫和钙的分布

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154025

撰稿：颜井冲    审核：韩新亚