一、水污染治理

1. 重金属离子吸附

技术原理：粉煤灰表面含硅氧四面体、铝氧四面体等活性位点，可通过静电吸附、离子交换或表面络合作用去除重金属。

改性方法：

热力活化：400-600℃煅烧后，粉煤灰孔隙率提高，比表面积达300-500 m²/g，对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附容量提升至50-80 mg/g。

酸/碱处理：用HCl或NaOH浸泡后，表面官能团（如-OH、-COOH）增多，对Cu²⁺、Zn²⁺的吸附效率提高30%-50%。

应用案例：

湖南某铅锌矿采用改性粉煤灰吸附剂处理含铅废水，Pb²⁺浓度从50 mg/L降至0.5 mg/L，达标排放。

江苏某电镀厂使用粉煤灰-壳聚糖复合吸附剂，废水处理成本降低40%。

2. 有机污染物吸附

技术原理：粉煤灰的微孔结构可物理截留染料、农药等大分子有机物，同时表面活性位点可催化降解有机物。

改性方法：

超声波处理：通过空化效应增加表面缺陷，对亚甲基蓝的吸附容量提升20%。

负载光催化剂：与TiO₂复合后，在紫外光下降解甲基橙的效率达90%以上。

应用案例：

浙江某印染厂使用粉煤灰-活性炭复合吸附剂，废水COD去除率从60%提升至85%。

山东某农药厂采用粉煤灰基光催化剂处理含有机磷废水，降解率达95%。

3. 放射性核素吸附

技术原理：粉煤灰中的未燃碳和矿物成分（如莫来石）可吸附铀、铯等放射性元素。

改性方法：

磁化处理：通过磁场诱导颗粒排列，提高对Cs⁺的吸附选择性。

负载铁氧化物：与Fe₃O₄复合后，对U(VI)的吸附容量达120 mg/g。

应用案例：

广东某核电站使用粉煤灰基吸附剂处理低放废水，铯-137去除率达99%。

中科院过程所开发粉煤灰-磁性颗粒复合材料，用于核事故应急处理。

二、大气污染治理

1. 烟气脱硫（FGD）

技术原理：粉煤灰中的CaO、Al₂O₃等成分可与SO₂反应生成硫酸盐，实现脱硫。

改性方法：

机械力活化：球磨后比表面积增大，脱硫效率从60%提升至85%。

协同脱硫剂：与石灰石混合使用，减少石灰石用量30%，运行成本降低15%。

应用案例：

山西某电厂采用粉煤灰-石灰石协同脱硫工艺，年节约脱硫剂费用300万元。

德国某电厂将脱硫副产物（粉煤灰-石膏）用于建材生产，实现资源化利用。

2. 烟气脱硝（SCR/SNCR）

技术原理：粉煤灰中的过渡金属（如Fe、Mn）可催化NOx还原为N₂。

改性方法：

负载催化剂：与MnO₂或V₂O₅复合后，低温脱硝效率提升至90%。

等离子体处理：通过电晕放电激活表面活性位点，脱硝反应速率提高2倍。

应用案例：

日本某钢厂使用粉煤灰基脱硝催化剂，NOx排放浓度从200 mg/m³降至50 mg/m³。

中国科学院过程工程研究所开发粉煤灰-分子筛复合催化剂，用于柴油车尾气处理。

3. 除尘与颗粒物捕集

技术原理：粉煤灰的球形颗粒可增强滤料的过滤效率，同时吸附气溶胶中的有害物质。

改性方法：

表面涂覆：涂覆聚四氟乙烯（PTFE）后，滤料清灰周期延长50%。

梯度结构设计：通过分层堆叠不同粒径粉煤灰，过滤精度达0.1 μm。

应用案例：

河北某钢铁厂使用粉煤灰基滤料，粉尘排放浓度从30 mg/m³降至10 mg/m³。

美国某垃圾焚烧厂采用粉煤灰-陶瓷纤维复合滤料，二噁英去除率达99.9%。

三、土壤污染修复

1. 重金属污染土壤固化/稳定化

技术原理：粉煤灰中的SiO₂、Al₂O₃可与重金属（如Pb、Cd）形成难溶矿物，降低其迁移性。

改性方法：

磷酸盐活化：添加磷酸二氢钙后，重金属固化效率提升40%。

微生物协同：与硫酸盐还原菌联合使用，Cr(VI)还原率达95%。

应用案例：

湖南某矿区使用粉煤灰-磷酸盐复合材料修复铅污染土壤，植物吸收量降低80%。

江苏某化工厂采用粉煤灰-微生物联合修复技术，土壤中Cd的生物有效性降低70%。

2. 有机污染土壤氧化降解

技术原理：粉煤灰可负载过硫酸盐等氧化剂，通过自由基反应降解石油烃、多环芳烃（PAHs）。

改性方法：

负载纳米零价铁：与nFe⁰复合后，对PAHs的降解效率提升至90%。

热活化：300℃煅烧后，粉煤灰催化过硫酸盐产生硫酸根自由基（·SO₄⁻）的速率提高3倍。

应用案例：

大庆某油田使用粉煤灰-过硫酸盐体系修复石油污染土壤，总石油烃（TPH）去除率达85%。

天津某化工厂采用粉煤灰-纳米铁复合材料，土壤中苯并[a]芘降解率达98%。

四、固废协同处置与资源化

1. 危险废物固化/稳定化

技术原理：粉煤灰可与飞灰、污泥等危险废物混合，通过水化反应形成稳定基体。

改性方法：添加水泥或水玻璃后，抗压强度达5-10 MPa，重金属浸出浓度低于国标。

应用案例：

上海某垃圾焚烧厂使用粉煤灰-水泥固化飞灰，年处理量10万吨，固化体可用于路基材料。

广东某危废处置中心采用粉煤灰-水玻璃体系稳定化电镀污泥，重金属浸出率降低90%。

2. 废旧电池回收

技术原理：粉煤灰中的磁性成分（如Fe₃O₄）可吸附锂离子电池中的钴、镍等金属。

改性方法：

磁选分离：通过高梯度磁选机回收粉煤灰中的磁性颗粒，纯度达95%。

酸浸协同：与H₂SO₄联合浸出，钴、镍回收率提升至90%。

应用案例：

江西某锂电厂使用粉煤灰基吸附剂回收废旧电池钴酸锂，年节约采购成本2000万元。

清华大学团队开发粉煤灰-磁性颗粒复合材料，用于锂离子电池正极材料再生。

五、生态修复与碳封存

1. 矿山生态恢复

技术原理：粉煤灰可改善矿山废弃地土壤结构，同时吸附重金属减少植物毒性。

改性方法：

有机-无机复合：与腐殖酸混合后，土壤有机质含量提升30%，保水能力增强。

微生物接种：添加根瘤菌或菌根真菌后，植物生物量增加50%。

应用案例：

山西某煤矿使用粉煤灰-腐殖酸复合基质修复排土场，植被覆盖率从10%提升至60%。

内蒙古某露天矿采用粉煤灰-微生物联合修复技术，土壤pH值从9.5降至7.8。

2. 二氧化碳矿化封存

技术原理：粉煤灰中的CaO可与CO₂反应生成碳酸钙，实现碳封存。

改性方法：

水热活化：在180℃、2 MPa条件下反应，CO₂矿化效率达80%。

添加催化剂：与NaCl或MgCl₂复合后，反应速率提高5倍。

应用案例：

加拿大某电厂使用粉煤灰矿化封存CO₂，年封存量达10万吨。

中国科学院武汉岩土所开发粉煤灰-海水体系，用于海洋碳封存，成本降低60%。

总结

粉煤灰在环保领域的应用已从单一吸附材料拓展至多功能环境修复剂，其技术核心在于通过改性优化表面活性、孔隙结构及化学组成。未来，随着碳中和技术的发展，粉煤灰在CO₂矿化、生态修复等领域的应用潜力将进一步释放，推动固废资源化与环境污染治理的协同发展。