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由于汞具有剧毒性、持久性、高挥发性、生物富集性等特点,已严重地危害了生态环境和人类的健康,故大气汞污染防治变得至关重要。而煤炭行业是我国主要的大气汞排放源之一,为了实现煤炭清洁高效的利用,煤气化技术受到了广泛的关注。在煤气化过程中,绝大部分的汞会以单质汞的形态释放出来,且煤气中富含CO、H2等还原性气体,汞的催化氧化难度相较于燃煤烟气大幅提升。目前,对于煤气中单质汞的脱除仍处于初始研究阶段,所开发的吸附剂仍存在脱汞效率低、脱汞机制不明确等问题。因此,开展还原性气氛下汞的吸附机理研究对于开发新型高效吸附剂和煤气化技术的发展均有重大的科学意义。为了改变传统吸附剂在还原性气氛下氧化脱除汞能力较弱这一现状,本文采用具有强氧化能力的Co3O4作为活性物质,以二氧化钛和活性焦作为载体,实现汞的高效脱除。在固定床反应台上进行了钴基吸附剂在模拟煤气气氛下汞的吸附实验,并结合BET、XRD、XPS等表征手段分析,研究不同温度、不同气体、不同负载量对吸附剂汞脱除效率的影响。此外结合模拟计算进一步地挖掘钴基吸附剂对单质汞的脱除机理。首先,利用等体积浸渍法制备不同负载量的Co-TiO2吸附剂。在120℃N2+0.04%H2S气氛下,15%Co-TiO2在2h内平均脱汞效率为80.8%,较纯TiO2提升了 52.6%。H2S能大幅促进吸附剂的脱汞能力,由XPS结果可知,吸附剂表面存在大量的S2-和S0,证明了汞吸附过程中生成了活性硫（Sad）和HgS。CO和H2均不利于汞的脱除,两者除了能还原部分Co3O4,消耗晶格氧之外,CO还会与S反应生成COS,H2则与H2S之间存在竞争吸附。NH3作为碱性气体会与H2S发生反应从而降低脱汞效率,此外它还会消耗表面活性氧,不利于后续汞的催化氧化。HC1的促进作用随温度上升先增强后减弱,160℃以上不利于HgCl2生成,且HC1竞争活性位点的能力要弱于H2S。然后根据活性焦高比表面积、含氧官能团丰富等特点,开发汞吸附性能更强的Co-AC吸附剂。5%Co-AC比表面积为390.80cm3/g,在120℃N2气氛下脱汞效率为51.4%,添加H2S之后效率上升至97.8%,得益于H2S在吸附剂表面与活性氧反应生成Sad,紧接着与气态Hg0发生反应生成HgS,汞的吸附遵循Eley-Rideal机制。高温会极大地抑制Co-AC吸附剂对汞的脱除,在20℃以上脱汞性能显著下降,主要原因有一 S单质熔点较低导致表面部分活性S损失;二活性S和Hg的反应平衡常数随温度上升下降明显;三生成的HgS在高温下容易分解。由热脱附实验可知汞在Co-AC吸附剂表面主要以HgO和HgS形式存在,且吸附剂热再生性能较好,二次再生后,在120℃N2+H2S气氛下脱汞效率仍维持在90%以上。最后,利用基于密度泛函理论的VASP软件,模拟计算了 Hg0在Co3O4（110）表面的吸附情况,结果表明,Co3O4具备吸附Hg0的能力,吸附能为-0.4498eV。根据H2S在Co3O4（110）表面不同位点的吸附结果可知,H2S分子的其中一个H-S键发生断裂,形成HS+H;进一步计算HS在Co3O4（110）表面的吸附特性,H-S键再一次发生断裂,形成H+S;然后计算S的吸附特性,得出吸附能为-3.422eV,S与底物形成了较为稳定的S-Co3O4（110）构型。最后计算得出Hg在S-Co3O4（110）面的吸附能为-3.503eV,并结合Hg-S键长说明Hg与吸附剂表面的单质S反应形成了 HgS。通过实验和模拟相结合,证实了煤气气氛下钴基吸附剂上汞的吸附遵循Eley-Rideal机制。