超聲環(huán)境下進(jìn)行了N O脫除實(shí)驗(yàn)的研究分析

紀(jì)舜君（浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院）

包括NO在內(nèi)的氮氧化物是大氣的重要污染氣體。這些氮氧化物氣體主要來自于發(fā)電廠等燃煤企業(yè)的煙氣排放以及汽車尾氣。氮氧化物是形成光化學(xué)污染以及酸雨的主要因素，對臭氧層有著嚴(yán)重的破壞作用。它們能夠刺激人體的呼吸道粘膜，破壞肺細(xì)胞等。因此氮氧化物的存在對人體生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的威脅，減少氮氧化物的排放勢在必行。

一、NO脫除方法簡介

當(dāng)下，脫除一氧化氮的技術(shù)手段主要是煙氣脫硝法。通過濕法脫硝或者干法脫硝的方法將被氧化的一氧化氮進(jìn)行還原。干法脫硝要求的工藝條件很高，并且費(fèi)用十分昂貴，目前在企業(yè)中使用的較少，一般只用于實(shí)驗(yàn)室研究。濕法脫硝的工藝流程相對簡單，在企業(yè)中有著廣泛的使用率，但在脫硝流程中使用酸堿吸收的效率低，采用氧化吸收的效率高但是很容易腐蝕設(shè)備，而還原吸收法形成的N不會腐蝕設(shè)備，因此在濕法脫硝中主要采用還原吸收法。

二、超聲波

超聲具有很強(qiáng)的穿透性和方向性，因此在化工領(lǐng)域有著很高的應(yīng)用價(jià)值。在化學(xué)領(lǐng)域使用超聲已經(jīng)成為了一種專門的研究學(xué)科—聲化學(xué)。超聲具有空化作用，其能夠引發(fā)很多效應(yīng)，如：生物學(xué)、化學(xué)以及力學(xué)和熱學(xué)等。通過引發(fā)這些學(xué)科效應(yīng)，能夠使物體發(fā)生化學(xué)或者物理變化從而達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)的效果。

三、超聲環(huán)境下進(jìn)行NO脫除試驗(yàn)

3.1、實(shí)驗(yàn)原理和過程

通過流量計(jì)將NO和N2.調(diào)節(jié)成具有一定比例的混合煙霧。吸收管直徑為22毫米，高為10厘米。將混合氣從吸收管的底部通入，接著氣體和尿素反應(yīng)，從頂部將反應(yīng)尾氣排出，酸性高錳酸鉀對氣體進(jìn)行氧化，最后經(jīng)過氧化后的氣體通過堿液，然后排空。進(jìn)行超聲環(huán)境下的試驗(yàn)時(shí)，只需將吸收管放置在超聲器中，這樣就能夠制造超聲環(huán)境，測定超聲對NO還原的效果。

超聲能夠增強(qiáng)傳質(zhì)作用，對濕法脫硝還原吸收NO有著加強(qiáng)作用。設(shè)定無超聲試驗(yàn)得到尿素脫除NO的效率，作為對照；在形同試驗(yàn)條件下設(shè)置超聲環(huán)境，并通過調(diào)節(jié)超聲功率，獲得在不同超聲功率對尿素脫除NO效率的影響；通過兩組試驗(yàn)的脫硝效果對比得出結(jié)論，驗(yàn)證超聲環(huán)境下能夠提高NO的脫除率。

3.2、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

藥品：無水對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、粒狀亞硝酸鈉、尿素等分析純；純度為99%的NO、99.99%的N2.

儀器：分光光度計(jì)、數(shù)顯恒溫水浴鍋、數(shù)顯pH計(jì)、電子天平、全數(shù)字超聲波發(fā)生器。

尿素吸收一氧化氮的裝置圖如下圖所示:

3.3、試驗(yàn)過程

試驗(yàn)開始前，向試驗(yàn)裝置中通入氮?dú)馀懦鲅b置中的雜質(zhì)氣體；接著配置混合氣體，并調(diào)節(jié)氣體流量至穩(wěn)定。之后分別在吸收管的進(jìn)出口測定NO的含量并計(jì)算出脫除率。記錄在非超聲環(huán)境下，NO脫除率；最后在超聲環(huán)境下重復(fù)試驗(yàn)，記錄NO的進(jìn)氣量以及超聲功率對NO的脫除率的影響。

3.4、非超聲環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果

（1）在20℃、常壓狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，用4 wt%的50毫升的尿素做吸收液，吸收體積濃度為300毫升每分鐘的N2和5毫升每分鐘的NO，每10分鐘測定一次NO的含量。通過記錄結(jié)果進(jìn)行計(jì)算可以得出：在一個小時(shí)之內(nèi)，NO的脫除率基本不會發(fā)生變化，這表明尿素濃度滿足反應(yīng)需求；一小時(shí)后，隨著吸收液濃度的降低，NO的脫除率不斷下降。

（2）在試驗(yàn)過程中，通過改變NO的初始含量，經(jīng)過采樣測定分析能夠得到其與NO脫除率的關(guān)系圖：

可見，隨著NO初始含量的不斷升高，脫除率也不斷升高，當(dāng)含量為3350毫克每立方米時(shí)，NO脫除率達(dá)到最高。隨后隨著濃度的不斷升高，脫除率降低。在化學(xué)反應(yīng)原理中，這是由于反應(yīng)物濃度過高抑制了化學(xué)反應(yīng)速率。因此NO含量是3350毫克每立方米時(shí)，能夠最好的促進(jìn)氣液傳質(zhì)，利于對NO的吸收。

（3）進(jìn)氣量對NO脫除率的影響：

通過對改變進(jìn)氣量，測得NO的脫除率，繪制如上圖所示。可以看出，進(jìn)氣量和脫除率成反比例函數(shù)，原因是進(jìn)氣量增加后不利于氣液接觸，導(dǎo)致NO的吸收不夠充分。

四、超聲環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

按照上述在非超聲條件下進(jìn)行的NO脫除實(shí)驗(yàn)的條件，將吸收管置于超聲環(huán)境下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

4.1、超聲功率的影響

將吸收液放在超聲發(fā)生器下，通過調(diào)節(jié)不同的功率，測定NO的脫除率。得到以下結(jié)果：隨著超聲功率的不斷加大，脫除率也不斷變大，功率大于5千瓦時(shí)，脫除率的增加幅度變小。這說明，超聲環(huán)境能夠促進(jìn)NO在吸收液中的溶解，從而使吸收率增加，達(dá)到更好的脫除效果。并且可以得知，超聲功率越高，NO的脫除率越高。

4.2、進(jìn)氣量對N O脫除率的影響

按照無超聲條件，在超聲環(huán)境下進(jìn)行進(jìn)氣量對NO的脫除率影響的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定超聲功率為5千瓦。將超聲環(huán)境下得到的效果圖和非超聲條件下的效果圖合并，得到下圖：

由圖可知，在超聲環(huán)境下，NO的脫除率同樣隨著進(jìn)氣量的增加而減少，但是均比非超聲環(huán)境下的脫除率要高。

通過上訴兩組試驗(yàn)結(jié)果可以分析得出：超聲波能夠?qū)σ耗た刂七M(jìn)行改善，促進(jìn)吸收。超聲波能夠使氣泡崩潰，產(chǎn)生湍動效應(yīng)以及沖擊波，這樣就可以減少NO向吸收液的傳遞的阻力，同時(shí)使氣液的接觸面積增大，促進(jìn)了吸收液對NO的吸收。由試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在超聲環(huán)境下NO的脫除率比非超聲環(huán)境下高3.1%。

五、結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)設(shè)定非超聲環(huán)境下尿素對NO進(jìn)行脫除的實(shí)驗(yàn)為參照組，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行超聲環(huán)境下對NO脫除的實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)可以得出:

(1)非超聲環(huán)境下,隨著NO初始含量的不斷升高，脫除率也不斷升高，當(dāng)含量為3350毫克每立方米時(shí)，NO脫除率達(dá)到最高。隨后隨著濃度的不斷升高，脫除率降低;進(jìn)氣量和脫除率成反比例函數(shù).

(2)超聲環(huán)境能夠促進(jìn)NO在吸收液中的溶解,超聲功率越高，NO的脫除率越高。

(3)進(jìn)氣量相同的情況下，超聲環(huán)境比非超聲環(huán)境條件下的脫除率高.

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