机械化学策略原位重组光伏废硅用于Hg0去除的效能与机制研究

针对光伏废硅(PWSP)资源浪费与汞污染控制难题，中国科学院研究人员通过机械化学活化技术(MAT)实现硅废料重组与Ag富集，制备出高效Hg0吸附剂。该材料在模拟烟气(SFG+HCl)中展现98.3%的汞去除率及优异耐受性，揭示了电子转移(0.56e)与Ag-Hg高亲和反应机制，为固废资源化与重金属治理提供新范式。

　　

随着全球光伏装机量预计在2025年达1224.23GW，退役太阳能板产生的硅废料(PWSP)将成为重大环境负担。传统回收技术如湿法冶金存在二次污染、高能耗等缺陷，而填埋处理更造成资源浪费。与此同时，燃煤电厂排放的零价汞(Hg⁰)因其高挥发性难以控制，现有活性炭吸附技术成本高昂。如何实现硅废料高值化利用并同步解决汞污染，成为环境与能源领域的双重挑战。

中国科学院团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，创新性地采用机械化学策略一步法重构PWSP，使其转化为高效Hg⁰吸附剂。通过球磨诱导晶格畸变和Ag簇解离，成功实现硅废料再生与汞稳定化的双重目标。

研究采用机械化学活化(MAT)、X射线光电子能谱(XPS)和密度泛函理论(DFT)计算等关键技术，系统分析了不同粒径(80-200目)PWSP经乙醇溶液球磨后的结构演变。通过建立内扩散吸附动力学模型，结合电子局域函数(ELF)和差分电荷密度分析，阐明了Ag-Si-O界面作用机制。

【Effect of particle size】
≥140目硅粉(Si-140)因具有多孔结构和丰富表面基团(-OH, Ag-O)，展现出最佳Hg⁰吸附性能。球磨后其(111)晶面增强，晶格畸变率达12.7%，暴露出更多活性位点。

【Mechanochemical mechanism】
球磨促使Ag团簇解离形成Ag-OH和Ag⁺活性物种，引发Ag→Si的0.56e电子转移，氧密度增加触发PWSP重组。XPS证实表面Oγ含量提升42%，为汞吸附提供关键活性氧。

【Mercury removal mechanism】
DFT计算显示Ag-Hg反应能垒仅0.4eV，电子转移量0.33e，促使Hg⁰→HgO转化。内扩散模型(R²=0.997)表明吸附受表面化学反应控制，HCl环境增强Hg²⁺固定。

该研究开创性地将光伏废硅转化为高性能除汞材料，6小时球磨即可获得98.3%的Hg⁰去除率，且在模拟烟气中保持稳定。通过揭示机械化学诱导的电子重排机制，为固废资源化提供了新思路——不仅避免传统酸处理的化学污染，更通过Ag-Si协同作用实现"以废治毒"。研究成果对推动光伏产业闭环发展和履行《水俣公约》具有双重实践价值，被作者团队称为"环境与能源可持续发展的双赢策略"。