亞氯酸鈉溶液煙氣濕法脫硝技術研究

姜瑞，熊鑫，孔德峰，郭鵬飛，楊棕林

（安徽浩悅環境科技有限責任公司，安徽合肥231145）

焚燒是危險廢物處置的一種主要方式，焚燒煙氣中的氮氧化物是大氣的主要污染源之一。氮氧化物（NO）主要包括NO和NO，它會導致酸雨，形成光化學煙霧，破壞臭氧層，造成溫室效應等，并在一定條件下與大氣中的其他物質發生進一步反應，進而導致二次污染問題，嚴重威脅人類的生活環境。因此，煙氣脫硝技術的開發成為目前大氣污染控制領域中的研究熱點。

亞氯酸鈉水溶液具有強氧化性，可將一氧化氮氧化為二氧化氮，并最終轉化為硝酸根，具有脫硝工藝簡單易行、脫除率高和易于控制等特點。亞氯酸鈉溶液用于脫硝的研究始于二十世紀70年代，Sada等在25℃條件下，進行了NaClO/NaOH混合溶液吸收NO的動力學研究，并首次提出了NO與NaClO的反應機理。Chan等利用填料柱在室溫室壓的條件下，進行了NO與Na-ClO的吸收實驗，NO脫除效率可達到80%。劉鳳等以NaClO為氧化劑，在小型鼓泡器中進行了同時脫除SO和NO的試驗研究，探究其反應的最佳溫度。

本文基于亞氯酸鈉具有良好的脫硝效果，在自行設計的小型鼓泡反應系統中，考查了NaClO初始濃度、NaClO配制后放置時間、反應溫度、NaOH吸附條件等因素對NaClO脫硝過程的影響，為NaClO溶液脫硝技術工業化應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置與工藝流程

如圖1所示，實驗裝置包括三部分：煙氣模擬系統、反應系統及煙氣監測系統。煙氣模擬采用一氧化氮標氣，一氧化氮氣體從壓縮鋼瓶中逸出，經減壓閥、流量計控制流量，通入反應系統底部，反應后的煙氣進入煙氣監測系統，實現NO在線即時監測。

圖1 實驗裝置工藝流程圖

1.2 實驗儀器

嶗應3012H型自動煙塵（氣）測試儀，青島嶗山應用技術研究所；DF-101S恒溫水浴鍋，杭州振和科學儀器有限公司。

1.3 實驗試劑

亞氯酸鈉，80%，阿拉丁；氫氧化鈉，AR，國藥集團；NO標氣，103 mg/m，天澤氣體。

1.4 實驗原理

NaClO溶液的脫硝過程是由一系列平行、連續的復雜反應組成。NaClO首先將NO氧化為高價態的NO，NO通過NO、NO的水解被吸收，NaClO脫硝總反應式如下：

1.5 實驗方法

將103 mg/m的NO標準氣體通入裝有一定濃度NaClO溶液的反應器中，流量為1 L/min，NO在反應器中被NaClO溶液氧化吸收，反應后的氣體經管道進入裝有NaOH溶液的反應器中，最后進入煙氣測試儀，測定反應后氣體中的氮氧化物濃度。實驗過程采用恒溫水浴加熱的方法模擬實際反應溫度，煙氣流量由玻璃轉子流量計控制。

2 結果與討論

2.1 NaClO2初始濃度對脫硝效率的影響

控制反應溫度為50℃，分別配制濃度為5 mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L的NaClO溶液并放置一周，研究不同初始濃度下NaClO溶液的脫硝效果，結果見圖2。

圖2 不同濃度NaClO2條件下反應時間對NO氧化率的影響

由圖2可知，隨著反應的進行，NaClO溶液中有效成分逐漸消耗，NO的轉化率逐漸變差，且初始NaClO溶液的濃度越低，有效成分消耗越快。反應時間30 min后，低濃度NaClO溶液的NO脫除率低于40%，濃度在15 mmol/L下的NaClO溶液一直具有較好的氧化效果。因此，NaClO溶液濃度應控制在15 mmol/L。

2.2 NaClO2溶液放置時間對脫硝效率的影響

配制15 mmol/L的NaClO溶液，分別放置1天、3天、7天，研究放置不同天數后的NaClO溶液的脫硝性能，結果見圖3。

圖3 15 mmol/L的NaClO2溶液放置天數對NO氧化率的影響

由圖3可知，NaClO溶液放置的時間越長，NaClO對NO的氧化效果越好。因為隨著放置時間的增加，NaClO溶液中的有效氯逐漸增多。因此，NaClO溶液應放置一周以上效果較好。

2.3 溫度對NaClO2溶液脫硝的影響

配制15 mmol/L的NaClO溶液，放置7天，通過水浴加熱研究25℃～95℃溫度下NaClO溶液的脫硝效果，結果見圖4。

圖4 不同溫度下NaClO2溶液對NO氧化率的影響

由圖4可知，隨著反應體系溫度的升高，NO的氧化率逐漸增加，體系反應溫度達到45℃時趨于穩定，當體系溫度超過75℃時，NO的氧化率急劇降低。隨著體系溫度的升高，吸收液中分子活化能增加，有利于NaClO溶液對NO的氧化，但隨著溫度持續升高，NO的溶解度逐漸減小，同時溶液中的有效氯揮發逸出，導致NO的氧化率急劇降低，因此體系溫度應控制在45℃。

2.4 溫度對NaOH溶液脫硝的影響

NaClO溶液脫硝的原理是將NO氧化成NO后，經NaOH溶液吸收，達到脫硝的目的。本實驗選用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液作為吸收液，通過水浴加熱研究不同溫度下NaOH溶液的脫硝性能，結果見圖5。

由圖5可知，氫氧化鈉溶液對NO氣體的吸附效果隨溫度的升高而升高，當溫度達到95℃時，NO的去除率在90%以上，達到很好的去除氮氧化物效果。

圖5 不同溫度下NaOH溶液對NO2去除率的影響

3 結論

實驗發現：NaClO的濃度、NaClO溶液配制后放置時間和溫度的提高均有助于提高NO轉化率和NO脫除率。

通過實驗研究得到，濃度為15 mmol/L的NaClO溶液配制后放置一周，在45℃下對NO標氣進行氧化，用95℃下的0.1 mol/L NaOH溶液吸收，脫硝效率達到90%以上。