UV-H2O2高級氧化工藝一體化脫硫脫硝研究.pdf

1、煤燃燒產生的SO2和Nox會引起酸雨和光化學煙霧等環(huán)境污染問題,給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來了極大的危害。在一個系統(tǒng)中完成對SO2和Nox的同時脫除,即一體化脫硫脫硝可減少系統(tǒng)的復雜性,降低投資和運行費用,是當前燃燒污染控制領域的研究熱點之一。本文在自行設計的紫外光一鼓泡床反應器中,對UV(紫外光)/H2O2高級氧化工藝脫硫脫硝過程的主要影響因素、反應機理以及傳質.反應動力學進行了系統(tǒng)研究,在此基礎上還篩選了一種強化添加劑,并且研究了添加劑

2、強化下UV/H2O2高級氧化工藝脫除NO的吸收動力學及動力學模型,主要內容和結果如下:
　　 研究了UV/H2O2高級氧化工藝脫除NO的主要影響因素,并且通過煙氣分析儀和離子色譜(IC)測定了氣液反應產物,結果表明:提高UV輻射強度和溶液pH均能大幅度提高NO的脫除效率:隨著H2O2濃度和液面高度的增加,NO的脫除效率均有先增加后不變的趨勢。NO脫除效率隨著NO濃度,溶液溫度以及煙氣流量的增加均有一定的下降,但溶液溫度影響較小。

3、UV和H2O2之間存在顯著的協(xié)同作用,·OH自由基氧化是NO脫除的主要作用機制。反應過程沒有氣相副產物NO2產生,也沒有液相副產物NO2-產生,液相產物主要是NO3-。
　　 研究了UV/H2O2高級氧化工藝同時脫除NO和SO2的主要影響因素,通過返加不同濃度的硫酸和硝酸考察了脫除過程對產物積累的適應性,研究了不同溫度下H2O2的分解速率。結果表明:在所有條件下,SO2均能被完全脫除。提高UV輻射強度、H2O2濃度和溶液pH對N

4、O脫除過程均有顯著的促進作用。NO脫除效率隨著NO濃度、SO2濃度以及煙氣流量的增加均有顯著下降。溶液溫度和O2濃度對NO脫除影響不大。隨著Cl-和NO3-濃度的增加,NO脫除效率有所下降,隨著SO42-濃度的增加,NO脫除效率呈現先增加后下降的變化,但三種離子對NO脫除的影響均不大。添加HCO3-和CO32-均能大幅度提高NO的脫除效率。UV/H2O2高級氧化工藝脫硫脫硝過程對反應產物的積累具有較強的適應性。高溫運行時H2O2的分解率

5、很大。
　　 根據動力學理論和雙膜理論,建立了NO的吸收速率方程,計算和測定了“八田數”和NO反應級數,分析了NO吸收的傳質.反應過程,明確了NO吸收過程的控制環(huán)節(jié),提出了NO吸收過程的有效強化措施和最佳吸收器類型。結果表明:UV/H2O2高級氧化工藝脫除NO過程是一個快速擬一級反應,吸收速率方程NNO=√DNO,L·kovl CNO,I可以被用于模擬NO的氣液吸收過程;改善化學反應條件以及增大比相界面積是提高NO吸收速率的有效

6、手段;對于快速反應,應選用相界面積大、持液量小的反應器,比如噴灑塔或者噴射塔。
　　 不同反應體系對比研究表明,·OH自由基氧化是NO脫除的主要作用機制,H2O2氧化是NO脫除的次要作用機制。通過液質聯(lián)用儀+水楊酸捕獲了反應過程中的-OH自由基,直接證明了UV/H2O2高級氧化工藝脫硫脫硝過程是一個典型的自由基鏈式反應。IC分析表明,液相產物主要是NO3-和SO42-,說明NO和SO2主要是通過氧化反應被脫除。NO和SO2中的氮

7、/硫元素的摩爾質量守恒驗算表明:NO和SO2中的氮/硫元素幾乎全部轉入到NO3-和SO42-中。根據自由基穩(wěn)態(tài)近似理論,推導并驗證了NO脫除的本征動力學模型。結果表明,數學模型能夠較好地擬合實驗數據,表明所擬反應機理具有一定的合理性。
　　 添加劑篩選結果表明:添加NaOH和Ca(OH)2能夠大幅度促進NO的脫除。添加Cu2+和Mn2+也能夠促進NO的脫除,但總體影響不大。隨著Fe2+和Fe3+濃度的增加,NO的脫除效率均呈現先

8、增加后下降的變化趨勢。TiO2、CuO、Fe2O3和MnO2等金屬氧化物以及相應的負載型催化劑對NO脫除過程均有微小的抑制作用。添加甲醇、乙醇、丙三醇以及正丁醇等添加劑對NO的脫除過程均起到了促進作用,但隨著添加濃度的增加,強化作用均有所減弱。以上四大類添加劑中,金屬陽離子強化下H2O2分解率最高,堿性添加劑和金屬氧化物添加劑次之,而醇類添加劑則對H2O2自分解具有顯著的抑制作用。因此,添加適量的醇類添加劑可以提高H2O2的有效利用率。

9、根據制定的添加劑篩選原則以及篩選結果,正丁醇被認為是最合適的強化添加劑。
　　 研究了正丁醇強化下若干工藝參數對NO吸收速率的影響。結果表明:隨著H2O2濃度的增加,NO的吸收速率增加,但當H2O2濃度增加到一定程度時,NO的吸收速率幾乎不變。提高溶液pH對NO吸收速率有明顯的促進作用。隨著NO分壓的增加,NO的吸收速率大幅度增加,且兩者之間幾乎保持線性關系。隨著正丁醇濃度的增加,NO的吸收速率變化不大。隨著SO2分壓的增加,N