穩定性二氧化氯處理氮氧化物的研究

王春慧, 晉日亞

（中北大學化工與環境學院,山西太原 030051）

穩定性二氧化氯處理氮氧化物的研究

王春慧, 晉日亞

（中北大學化工與環境學院,山西太原 030051）

為了開發氮氧化物去除新技術,以穩定性二氧化氯作為氮氧化物的氧化吸收液,在填料塔中進行了氣液逆流吸收操作。以鹽酸萘乙二胺分光光度法作為分析手段,研究了不同因素對氮氧化物去除率的影響。研究結果表明:當填料高度大于20 cm,二氧化氯的質量濃度為0.6 g/L,p H值為3.47,且氮氧化物的質量濃度為0.188 g/L時,其去除率達到90%以上。極差分析表明:二氧化氯的質量濃度從1.0 g/L降低到0.2 g/L,氮氧化物的去除率從94.05%降低到87.66%,是最大的影響因素;在實驗條件下,氮氧化物的去除率受吸收液的p H值和填料高度的影響較小。吸收后的產物主要含 HCl和 HNO3,易于回收。

穩定性;二氧化氯;氮氧化物;氮氧化物去除

0 前言

國際上開發的氮氧化物的治理技術比較多,但是由于氮氧化物的水溶性和反應活性較差,治理比較困難,技術要求很高。目前廣泛應用的濕法氮氧化物去除技術裝置復雜且龐大,排水需要處理,內襯材料容易腐蝕,副產品處理困難,電耗大[1-2]。二氧化氯是一種新型的含氧氯化物,它具有很強的氧化性和殺菌性,而且清潔無污染。在氮氧化物去除方面具有廣泛的應用前景[3-6]。它能將 NO氧化成NO2,不僅降低了成本,同時解決了調節p H值的難題。這是一種技術上可靠、經濟上可行的氮氧化物去除方法。目前用穩定性二氧化氯的水溶液處理氮氧化物的主要研究方向是工藝條件的探索和優化。

本實驗設計使用穩定性二氧化氯氮氧化物去除。通過對填料高度、二氧化氯的質量濃度、氮氧化物的質量濃度及p H值等因素的考查,找出最佳工藝條件,從而最大程度地氮氧化物去除,為工程化設計打下基礎。

1 實驗

1.1 實驗藥品及儀器

實驗采用的藥品有:質量分數為36.5%的鹽酸,亞氯酸鈉（化學純）,亞硝酸鈉（分析純）,質量分數為98%的濃硫酸,冰乙酸,對氨基苯磺酸,鹽酸萘乙二胺。

實驗采用的儀器有:沈陽龍騰電子有限公司生產的ESJ 200-4型電子天平;北京瑞利分析儀器公司生產的UV-9600型紫外可見分光光度計;直徑為25 mm、高度為900 mm的填料塔。

1.2 反應原理

由亞氯酸鈉和濃鹽酸制備穩定性二氧化氯的水溶液;由亞硝酸鈉和濃硫酸制備氮氧化物氣體;氮氧化物與穩定性二氧化氯的反應原理:

其實驗流程,如圖1所示。

圖1 實驗流程圖

2 結果與討論

2.1 填料高度的影響

圖2為填料高度對氮氧化物去除效率的影響。由圖2可知:填料高度由10 cm增加到50 cm,氮氧化物的去除率由90.83%逐漸增加到93.76%,極差是2.93。

圖2 填料高度對氮氧化物去除效率的影響

圖2中氮氧化物去除率呈緩慢增加的趨勢。這是由于填料高度增加,氣液的接觸面積增加,氮氧化物氣體能被二氧化氯溶液充分氧化吸收,從而提高了氮氧化物的去除率。

2.2 二氧化氯的質量濃度的影響

圖3是二氧化氯的質量濃度對氮氧化物去除效率的影響。由圖3可知:二氧化氯的質量濃度由0.2 g/L增加到1.0 g/L,氮氧化物的去除率由87.66%逐漸增加到94.05%,極差是6.39。

二氧化氯從0.2 g/L增加到0.6 g/L,氮氧化物的去除率從87.66%快速增加到93.6%,繼續增加二氧化氯,去除率變化趨于平緩。這是由于二氧化氯溶液的質量濃度越大,相同體積的溶液中含有的二氧化氯越多,在氮氧化物的質量濃度不變的情況下,氧化吸收氮氧化物的能力就越強。最后,二氧化氯溶液氧化吸收達到平衡,去除率曲線趨向平緩。

圖3 二氧化氯對氮氧化物去除效率的影響

2.3 氮氧化物的質量濃度的影響

圖4為氮氧化物的質量濃度對氮氧化物去除效率的影響。由圖4可知:氮氧化物的質量濃度由0.094 g/L逐漸增加至0.282 g/L,氮氧化物的去除率逐漸增加,且增加的幅度比較大,極差是4.90。

圖4 氮氧化物對氮氧化物去除效率的影響

圖4中氮氧化物的質量濃度為0.094 g/L時,氮氧化物的去除率為89.30%,逐漸增加氮氧化物的質量濃度,去除率呈快速增長的趨勢。當氮氧化物的質量濃度超過0.188 g/L后,氮氧化物的去除率呈緩慢增長趨勢。這是由于低質量濃度的氮氧化物氣體能夠被二氧化氯液體充分氧化吸收;氮氧化物的質量濃度逐漸增大,液氣比逐漸變小,二氧化氯溶液與氮氧化物氣體不能夠完全反應,去除率變化比較緩慢,曲線趨向平緩。

2.4 pH值的影響

圖5為p H值對氮氧化物去除效率的影響。由圖5可知:若二氧化氯溶液的p H值由3.47逐漸增加至10.51,氮氧化物的去除率由93.60%先減小到92.44%,再逐漸增大到93.40%,極差是1.16。

圖5中二氧化氯溶液的p H值由酸性逐漸變化到堿性,去除率則先變小然后再變大。這是由于在酸性溶液中,二氧化氯直接對氮氧化物進行氧化吸收;當p H≥7時,二氧化氯的歧化反應慢慢啟動,并隨著p H值增加而加快,形成亞氯酸鹽和氯酸鹽,反應方程式如下:

50%的二氧化氯轉化為亞氯酸鈉,對一氧化氮和二氧化氮來說,分別是強氧化劑和吸收劑。在堿性介質中氮氧化物的去除機制發生變化,由亞氯酸鈉控制,反應如下:

所以隨著NaOH的增加,p H值上升,氮氧化物的去除率也增加。

圖5 p H值對氮氧化物去除效率的影響

由圖2,圖3,圖4和圖5分析說明:在穩定性二氧化氯去除氮氧化物的實驗中,填料高度、二氧化氯的質量濃度、氮氧化物的質量濃度以及二氧化氯溶液的p H值對去除率都有影響,二氧化氯的質量濃度對去除率的影響最大。因此,對穩定性二氧化氯去除氮氧化物技術的研究具有很大的開發前景。

3 結論

（1）與其他氮氧化物去除的試劑相比,穩定性二氧化氯能將NO全部氧化,NOx的去除效率能達到90%以上。

（2）在酸性和堿性的條件下,穩定性二氧化氯去除氮氧化物的效率均較高。

（3）穩定性二氧化氯的質量濃度是影響處理效果的最大因素。當其質量濃度為1.0 g/L時,氮氧化物的去除率達到94.05%。

（4）反應產物是易于處理的HCl和HNO3。既消除了大氣污染,同時實現了廢物回收利用,從而實現了節能減排。

[1] 胡曉宏.氮氧化物選擇性催化還原催化劑研究綜述[J].環境科學與技術,2007,11（30）:107-110.

[2] 唐曉龍.固定源低溫選擇性催化還原NOx技術研究進展[J].環境科學學報,2005,25:1 297-1 303.

[3] Jin D S,Deshwal B R,Park Y S,et al.Simultaneous removal of SO2and NO by wet scrubbing using aqueous chlorine dioxide solution[J].Journal of Hazardous Materials,2006,135（1）:412-417.

[4] Deshwal B R,Jin D S,Lee S H,et al.Removal of NO from flue gas by aqueous chlorine-dioxide scrubbing solution in a lab-scale bubbling reactor[J].Journal of Hazardous Materials,2008,150（3）:649-655.

[5] Sakai M,Su C,Sasaoka E.Simultaneous removal of SOxand NOxusing slaked lime at low temperature[J].Ind Eng Chem Res,2002,41:5 029-5033.

[6] Yang C L,Shaw H.Aqueous absorption of NOxinduced by sodium chlorite oxidation in the presence of sulfur dioxide[J].Environmental Progress,1998,17:80-85.

Removal of NOxby Stability Chlorine Dioxide Technology

WANG Chun-hui, JIN Ri-ya

（College of Chemical&Environmental Engineering,North University of China,Taiyuan 030051,China）

In order to develop new nitrogen oxide removing technolgies,stability chlorine dioxide gas was used as nitrogen oxide absorption solution,countercurrent gas-liquid absorption operation was performed in packed bed and effects of different factors on the removal rate of nitrogen oxides were investigated by naphthyl ethylenediamine hydrochloride spectrophotometry.The results show that when the filler was higher than 20 cm,the mass concentration of chlorine dioxide was 0.6 g/L,p H was 3.47 and the mass concentration of nitrogen oxides was 0.188 g/L,the removal rate of nitrogen oxides can reach 90%and above.Range analysis show that the removal rate of nitrogen oxides would be decreased from 94.05%to 87.66%when the mass concentration of chlorine dioxide was reduced from 1.0 g/L to 0.2 g/L.However,the p H and the height of the filler also have influence on treating effect,which were less important than the mass concentration of chlorine dioxide.The products of absorption were mainly HCl and HNO3,which were easy to recycle.

stability;chlorine dioxide;nitrogen oxide;NOxremoval

X 78

A

1000-4742（2010）05-0028-03

國家自然科學基金（50774068）

2010-03-09