亞氯酸鈉溶液煙氣濕法脫硝技術(shù)研究

姜瑞，熊鑫，孔德峰，郭鵬飛，楊棕林

（安徽浩悅環(huán)境科技有限責(zé)任公司，安徽合肥231145）

焚燒是危險(xiǎn)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(huì)導(dǎo)致酸雨，形成光化學(xué)煙霧，破壞臭氧層，造成溫室效應(yīng)等，并在一定條件下與大氣中的其他物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致二次污染問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人類的生活環(huán)境。因此，煙氣脫硝技術(shù)的開(kāi)發(fā)成為目前大氣污染控制領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。

亞氯酸鈉水溶液具有強(qiáng)氧化性，可將一氧化氮氧化為二氧化氮，并最終轉(zhuǎn)化為硝酸根，具有脫硝工藝簡(jiǎn)單易行、脫除率高和易于控制等特點(diǎn)。亞氯酸鈉溶液用于脫硝的研究始于二十世紀(jì)70年代，Sada等在25℃條件下，進(jìn)行了NaClO/NaOH混合溶液吸收NO的動(dòng)力學(xué)研究，并首次提出了NO與NaClO的反應(yīng)機(jī)理。Chan等利用填料柱在室溫室壓的條件下，進(jìn)行了NO與Na-ClO的吸收實(shí)驗(yàn)，NO脫除效率可達(dá)到80%。劉鳳等以NaClO為氧化劑，在小型鼓泡器中進(jìn)行了同時(shí)脫除SO和NO的試驗(yàn)研究，探究其反應(yīng)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(shè)計(jì)的小型鼓泡反應(yīng)系統(tǒng)中，考查了NaClO初始濃度、NaClO配制后放置時(shí)間、反應(yīng)溫度、NaOH吸附條件等因素對(duì)NaClO脫硝過(guò)程的影響，為NaClO溶液脫硝技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與工藝流程

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置包括三部分：煙氣模擬系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)及煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。煙氣模擬采用一氧化氮標(biāo)氣，一氧化氮?dú)怏w從壓縮鋼瓶中逸出，經(jīng)減壓閥、流量計(jì)控制流量，通入反應(yīng)系統(tǒng)底部，反應(yīng)后的煙氣進(jìn)入煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)NO在線即時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

嶗應(yīng)3012H型自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所；DF-101S恒溫水浴鍋，杭州振和科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑

亞氯酸鈉，80%，阿拉丁；氫氧化鈉，AR，國(guó)藥集團(tuán)；NO標(biāo)氣，103 mg/m，天澤氣體。

1.4 實(shí)驗(yàn)原理

NaClO溶液的脫硝過(guò)程是由一系列平行、連續(xù)的復(fù)雜反應(yīng)組成。NaClO首先將NO氧化為高價(jià)態(tài)的NO，NO通過(guò)NO、NO的水解被吸收，NaClO脫硝總反應(yīng)式如下：

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

將103 mg/m的NO標(biāo)準(zhǔn)氣體通入裝有一定濃度NaClO溶液的反應(yīng)器中，流量為1 L/min，NO在反應(yīng)器中被NaClO溶液氧化吸收，反應(yīng)后的氣體經(jīng)管道進(jìn)入裝有NaOH溶液的反應(yīng)器中，最后進(jìn)入煙氣測(cè)試儀，測(cè)定反應(yīng)后氣體中的氮氧化物濃度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用恒溫水浴加熱的方法模擬實(shí)際反應(yīng)溫度，煙氣流量由玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaClO2初始濃度對(duì)脫硝效率的影響

控制反應(yīng)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(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同濃度NaClO2條件下反應(yīng)時(shí)間對(duì)NO氧化率的影響

由圖2可知，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NaClO溶液中有效成分逐漸消耗，NO的轉(zhuǎn)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(yīng)時(shí)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(yīng)控制在15 mmol/L。

2.2 NaClO2溶液放置時(shí)間對(duì)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(shù)后的NaClO溶液的脫硝性能，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 15 mmol/L的NaClO2溶液放置天數(shù)對(duì)NO氧化率的影響

由圖3可知，NaClO溶液放置的時(shí)間越長(zhǎng)，NaClO對(duì)NO的氧化效果越好。因?yàn)殡S著放置時(shí)間的增加，NaClO溶液中的有效氯逐漸增多。因此，NaClO溶液應(yīng)放置一周以上效果較好。

2.3 溫度對(duì)NaClO2溶液脫硝的影響

配制15 mmol/L的NaClO溶液，放置7天，通過(guò)水浴加熱研究25℃～95℃溫度下NaClO溶液的脫硝效果，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同溫度下NaClO2溶液對(duì)NO氧化率的影響

由圖4可知，隨著反應(yīng)體系溫度的升高，NO的氧化率逐漸增加，體系反應(yīng)溫度達(dá)到45℃時(shí)趨于穩(wěn)定，當(dāng)體系溫度超過(guò)75℃時(shí)，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(duì)NO的氧化，但隨著溫度持續(xù)升高，NO的溶解度逐漸減小，同時(shí)溶液中的有效氯揮發(fā)逸出，導(dǎo)致NO的氧化率急劇降低，因此體系溫度應(yīng)控制在45℃。

2.4 溫度對(duì)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(jīng)NaOH溶液吸收，達(dá)到脫硝的目的。本實(shí)驗(yàn)選用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液作為吸收液，通過(guò)水浴加熱研究不同溫度下NaOH溶液的脫硝性能，結(jié)果見(jiàn)圖5。

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

圖5 不同溫度下NaOH溶液對(duì)NO2去除率的影響

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：NaClO的濃度、NaClO溶液配制后放置時(shí)間和溫度的提高均有助于提高NO轉(zhuǎn)化率和NO脫除率。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)NO標(biāo)氣進(jìn)行氧化，用95℃下的0.1 mol/L NaOH溶液吸收，脫硝效率達(dá)到90%以上。