砷、汞是全球关注的重要污染物,来源多样,其中燃煤发电是砷、汞污染最重要的人为排放源之一。同时,固废焚烧处理和金属冶炼也会产生高（含量）砷和高（含量）汞烟气。烟气中高含量砷和汞的排放不仅对环境构成了威胁,同时还会引起烟气污染控制设施选择性催化单元（SCR）催化剂中毒,增加运行成本。烟气砷和汞控制的关键是对气态零价汞（Hg0）和气态砷氧化物（As2O3）的脱除。目前,活性炭喷射技术是降低烟气重金属排放较为成熟和通用的技术,但存在吸附剂价格昂贵、温度耐受性差、飞灰品质易受影响、重金属二次释放风险高等问题,亟需研究开发成本较低、耐受高温和复杂烟气组分且二次释放风险低的高效吸附材料。埃洛石纳米管（HNTs）作为天然矿物,来源广泛,成本低廉,对飞灰品质影响极小,耐高温,生物兼容性好,环境风险低,表面性质活跃,在环境污染治理领域,特别是对高温烟气中砷、汞的脱除和固化具有很好的应用潜力。为减少被吸附的砷、汞二次污染风险,降低环境毒性效应,可以通过以下两种途径实现对砷和汞的固化减毒:（1）增强吸附剂与气态砷、汞之间的亲和力、减弱被吸附砷、汞的迁移能力;（2）将高毒性形态转化为低毒性或更容易稳定化的形态。本论文首先通过密度泛函理论（DFT）计算优选了与砷、汞具有强亲和能力的金属氧化物,以此作为对埃洛石进行修饰的理论依据,成功制备了 CuO为活性组分的修饰埃洛石纳米管复合材料及二氧化硅包覆核-壳型磁性微球多维复合材料（Fe3O4@SiO2@Cu-MHNTs,缩写为FMT）,分别实现了高温烟气砷和汞的高效脱除与固化减毒,随后,基于催化氧化和亲和作用原理,制备了兼具光催化氧化和吸附固化性能的硒修饰锶铁矿和埃洛石的复合材料（Se-SrFeO3-δ/HNTs,缩写为SHT）,实现了Hg0催化脱除与固化减毒;最后,基于亲和作用和拮抗作用原理,通过溶剂热法一步合成棒状纳米花材料-硒化钨修饰埃洛石复合材料（WSe2/HNTs）,实现了Hg0的高效快速脱除与固化。主要研究结论如下:基于DFT计算初步筛选出CuO作为制备高效吸附气态砷、气态汞的修饰氧化物。CuO（010）Hollow位点和γ-Fe2O3（001）O-Top对气态汞的吸附能分别为-2.01和-2.28 eV,表明二者可与气态汞形成稳定的结构,并可用于高效吸附气态汞;针对气态砷,研究发现γ-Fe2O3（001）、CuO（010）、Al2O3（001）和CoO（001）与气态砷吸附结构稳定性高低顺序依次为:γ-Fe2O3＞CuO＞Al2O3＞CoO。γ-Fe2O3（001）和CuO（010）表现出了与气态砷很强的亲和力。性能测试发现,CuO脱除气态砷和汞的性能最优,因此本研究选用CuO作为制备高效吸附气态砷、气态汞复合材料的修饰氧化物。在以上理论计算的基础上,研究以CuCl2为反应物,浸渍制备了含铜化合物（CuO和CuCl2）修饰的HNTs复合材料,记为CuCl2-HNTs,在高温模拟烟气条件下实现了气态砷的有效固化和减毒,降低了环境风险和SCR的运行负担。材料在模拟烟气条件下的吸附量高达12.3 mg/g。对吸附后的材料进行高温实验,热解评估其吸附稳定性结果发现,材料表面砷化合物的固化率高达75%,CuCl2浸渍HNTs可用于防止SCR“砷中毒”。理论计算显示,异质结构CuO-HNTs对As2O3（g）具有吸附选择性,对NOx和SOx具有耐受性;CuCl2浸渍提高了 HNTs对As2O3（g）的吸附能（-2.986 eV-3.21 eV）,有利于气态砷的固化。在高温条件下,CuO-HNTs可以使高毒的As2O3（g）转化为了低毒的As2O5（s）,实现了气态砷的减毒。Fe3O4@SiO2@Cu-MHNTs（FMT）在模拟烟气条件下汞的脱除效率高达99.8%,气态汞以化合物的形式被固定,有效地减少了Hg0的释放和逃逸,发挥了对气态汞固化减毒作用。核-壳结构不仅提高了 FMT通透性和吸附能力,而且避免了Fe3O4和HNTs团聚,可以通过外加磁场实现吸附剂与粉煤灰的分离,便于吸附剂回收,减少吸附汞对下游粉煤灰的污染。受益于核壳结构以及活性位点（CuO,CuCl2和晶格氧）的均匀分散,FMT在高浓度SO2烟气中仍具备高吸附性能。采用自制热解装置（TPD-AFS）对吸附后的材料分析发现,吸附后FMT表面主要的反应产物为HgCl2和HgO,大大降低了吸附后汞的二次污染风险。Se-SrFeO3-δ/HNTs（SHT）对气态汞的脱除效率近100%,脱除速率为5.0μg/g/min,吸附后汞的反应产物为生物有效性极低的HgSe,大大降低了气态汞的环境毒性效应。SHT耦合了光催化氧化和化学亲和性能,对烟气汞的最大吸附量达4271.15 μg/g。超氧自由基、空穴和Se的存在有利于O（2p）和Hg（6s）之间的电荷转移,并降低SHT带隙（1.45 eV降至1.40 eV）,促进了对Hg0的光催化氧化和吸附固化。TPD-AFS分析结果证实HgSe是主要的反应产物,毒性特征浸出程序（TCLP）测试证明了吸附后的SHT浸出毒性远低于美国EPA标准。WSe2/HNTs实现了气态汞的高效快速脱除和固化减毒（最大吸附量:30.6 mg/g;脱除速率:9.09 μg/g/min）,对NOx、SOx和空速具有较好耐受性,使用后填埋、堆放基本不会造成二次污染。动力学过程表明,选择性吸附位点和非选择性吸附位点大量存在是WSe2/HNTs高吸附性能的重要体现。由于HgSe是主要的反应产物,吸附后的WSe2/HNTs的环境毒性远低于美国EPA标准。DFT分析发现,W（5d）、Se（4s）、O（2p）与Hg（5d）的轨道杂化是材料吸附-固化-减毒的关键。本文从化学亲和作用、催化氧化和拮抗作用三方面原理系统研究了修饰埃洛石纳米管复合材料对烟气汞和砷的固化减毒性能和机理。合成制备了四种新型吸附剂,有效地将高毒、环境化学性质活跃的有毒元素形态转化为低毒、环境化学性质稳定的形态,实现了对目标污染物的固化和减毒。结合密度泛函理论和环境效应评价,深入探讨了烟气砷、汞的固化机制和环境毒性效应,为有效控制烟气重金属排放提供了新思路和新方法。