稳定性二氧化氯处理氮氧化物的研究

王春慧, 晋日亚

（中北大学化工与环境学院,山西太原 030051）

稳定性二氧化氯处理氮氧化物的研究

王春慧, 晋日亚

（中北大学化工与环境学院,山西太原 030051）

为了开发氮氧化物去除新技术,以稳定性二氧化氯作为氮氧化物的氧化吸收液,在填料塔中进行了气液逆流吸收操作。以盐酸萘乙二胺分光光度法作为分析手段,研究了不同因素对氮氧化物去除率的影响。研究结果表明:当填料高度大于20 cm,二氧化氯的质量浓度为0.6 g/L,p H值为3.47,且氮氧化物的质量浓度为0.188 g/L时,其去除率达到90%以上。极差分析表明:二氧化氯的质量浓度从1.0 g/L降低到0.2 g/L,氮氧化物的去除率从94.05%降低到87.66%,是最大的影响因素;在实验条件下,氮氧化物的去除率受吸收液的p H值和填料高度的影响较小。吸收后的产物主要含 HCl和 HNO3,易于回收。

稳定性;二氧化氯;氮氧化物;氮氧化物去除

0 前言

国际上开发的氮氧化物的治理技术比较多,但是由于氮氧化物的水溶性和反应活性较差,治理比较困难,技术要求很高。目前广泛应用的湿法氮氧化物去除技术装置复杂且庞大,排水需要处理,内衬材料容易腐蚀,副产品处理困难,电耗大[1-2]。二氧化氯是一种新型的含氧氯化物,它具有很强的氧化性和杀菌性,而且清洁无污染。在氮氧化物去除方面具有广泛的应用前景[3-6]。它能将 NO氧化成NO2,不仅降低了成本,同时解决了调节p H值的难题。这是一种技术上可靠、经济上可行的氮氧化物去除方法。目前用稳定性二氧化氯的水溶液处理氮氧化物的主要研究方向是工艺条件的探索和优化。

本实验设计使用稳定性二氧化氯氮氧化物去除。通过对填料高度、二氧化氯的质量浓度、氮氧化物的质量浓度及p H值等因素的考查,找出最佳工艺条件,从而最大程度地氮氧化物去除,为工程化设计打下基础。

1 实验

1.1 实验药品及仪器

实验采用的药品有:质量分数为36.5%的盐酸,亚氯酸钠（化学纯）,亚硝酸钠（分析纯）,质量分数为98%的浓硫酸,冰乙酸,对氨基苯磺酸,盐酸萘乙二胺。

实验采用的仪器有:沈阳龙腾电子有限公司生产的ESJ 200-4型电子天平;北京瑞利分析仪器公司生产的UV-9600型紫外可见分光光度计;直径为25 mm、高度为900 mm的填料塔。

1.2 反应原理

由亚氯酸钠和浓盐酸制备稳定性二氧化氯的水溶液;由亚硝酸钠和浓硫酸制备氮氧化物气体;氮氧化物与稳定性二氧化氯的反应原理:

其实验流程,如图1所示。

图1 实验流程图

2 结果与讨论

2.1 填料高度的影响

图2为填料高度对氮氧化物去除效率的影响。由图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%逐渐增加到93.76%,极差是2.93。

图2 填料高度对氮氧化物去除效率的影响

图2中氮氧化物去除率呈缓慢增加的趋势。这是由于填料高度增加,气液的接触面积增加,氮氧化物气体能被二氧化氯溶液充分氧化吸收,从而提高了氮氧化物的去除率。

2.2 二氧化氯的质量浓度的影响

图3是二氧化氯的质量浓度对氮氧化物去除效率的影响。由图3可知:二氧化氯的质量浓度由0.2 g/L增加到1.0 g/L,氮氧化物的去除率由87.66%逐渐增加到94.05%,极差是6.39。

二氧化氯从0.2 g/L增加到0.6 g/L,氮氧化物的去除率从87.66%快速增加到93.6%,继续增加二氧化氯,去除率变化趋于平缓。这是由于二氧化氯溶液的质量浓度越大,相同体积的溶液中含有的二氧化氯越多,在氮氧化物的质量浓度不变的情况下,氧化吸收氮氧化物的能力就越强。最后,二氧化氯溶液氧化吸收达到平衡,去除率曲线趋向平缓。

图3 二氧化氯对氮氧化物去除效率的影响

2.3 氮氧化物的质量浓度的影响

图4为氮氧化物的质量浓度对氮氧化物去除效率的影响。由图4可知:氮氧化物的质量浓度由0.094 g/L逐渐增加至0.282 g/L,氮氧化物的去除率逐渐增加,且增加的幅度比较大,极差是4.90。

图4 氮氧化物对氮氧化物去除效率的影响

图4中氮氧化物的质量浓度为0.094 g/L时,氮氧化物的去除率为89.30%,逐渐增加氮氧化物的质量浓度,去除率呈快速增长的趋势。当氮氧化物的质量浓度超过0.188 g/L后,氮氧化物的去除率呈缓慢增长趋势。这是由于低质量浓度的氮氧化物气体能够被二氧化氯液体充分氧化吸收;氮氧化物的质量浓度逐渐增大,液气比逐渐变小,二氧化氯溶液与氮氧化物气体不能够完全反应,去除率变化比较缓慢,曲线趋向平缓。

2.4 pH值的影响

图5为p H值对氮氧化物去除效率的影响。由图5可知:若二氧化氯溶液的p H值由3.47逐渐增加至10.51,氮氧化物的去除率由93.60%先减小到92.44%,再逐渐增大到93.40%,极差是1.16。

图5中二氧化氯溶液的p H值由酸性逐渐变化到碱性,去除率则先变小然后再变大。这是由于在酸性溶液中,二氧化氯直接对氮氧化物进行氧化吸收;当p H≥7时,二氧化氯的歧化反应慢慢启动,并随着p H值增加而加快,形成亚氯酸盐和氯酸盐,反应方程式如下:

50%的二氧化氯转化为亚氯酸钠,对一氧化氮和二氧化氮来说,分别是强氧化剂和吸收剂。在碱性介质中氮氧化物的去除机制发生变化,由亚氯酸钠控制,反应如下:

所以随着NaOH的增加,p H值上升,氮氧化物的去除率也增加。

图5 p H值对氮氧化物去除效率的影响

由图2,图3,图4和图5分析说明:在稳定性二氧化氯去除氮氧化物的实验中,填料高度、二氧化氯的质量浓度、氮氧化物的质量浓度以及二氧化氯溶液的p H值对去除率都有影响,二氧化氯的质量浓度对去除率的影响最大。因此,对稳定性二氧化氯去除氮氧化物技术的研究具有很大的开发前景。

3 结论

（1）与其他氮氧化物去除的试剂相比,稳定性二氧化氯能将NO全部氧化,NOx的去除效率能达到90%以上。

（2）在酸性和碱性的条件下,稳定性二氧化氯去除氮氧化物的效率均较高。

（3）稳定性二氧化氯的质量浓度是影响处理效果的最大因素。当其质量浓度为1.0 g/L时,氮氧化物的去除率达到94.05%。

（4）反应产物是易于处理的HCl和HNO3。既消除了大气污染,同时实现了废物回收利用,从而实现了节能减排。

[1] 胡晓宏.氮氧化物选择性催化还原催化剂研究综述[J].环境科学与技术,2007,11（30）:107-110.

[2] 唐晓龙.固定源低温选择性催化还原NOx技术研究进展[J].环境科学学报,2005,25:1 297-1 303.

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[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

国家自然科学基金（50774068）

2010-03-09