国科大超重力课题组在氮氧化物脱除(De-NOx)大气治理新型技术研发中取得进展———超重力-高级氧化脱硝技术

  • 李晓瑜
  • 发布于 2020-08-27
  • 200

    氮氧化物(NOx)污染是我国亟待解决的重大环境问题。NOx是形成光化学烟雾和雾霾二次颗粒物(PM2.5)的重要污染物和前驱体,其主要源于工业锅炉的高温燃烧。我国工业锅炉中有70%属于中小型锅炉,然而,应用于大型锅炉的成熟脱硝(De-NOx)技术——选择性催化还原烟气(SCR)干法脱硝技术,因其对中小型锅炉不具有成本效益而难以适用。因此,探索新型高效的烟气脱硝方法对于严格执行中小型锅炉达标排放、保障我国NOx污染问题的解决具有重要的实际意义。

    最近,中国科学院大学资环学院钱智副教授超重力课题组,在国科大青年教师科研能力提升项目的资助下进行了大量试验研究,提出了基于碱性双氧水的超重力-高级氧化(High-Gravity AOP)脱除NOx新型湿法过程,该工艺在常温和无需催化剂条件下可对进口浓度为1000ppm的一氧化氮(NO, 在NOx中占95%以上)实现99%的去除率,该工作发表于Chemical Engineering Journal (影响因子: 10.65, DOI: 10.1016/j.cej.2020.126454 ),实验及分析工作由张家豪和陈红宇两名硕士研究生完成。图1. 基于碱性双氧水的超重力-高级氧化脱除NOx新型过程

    该研究发现,碱性条件下双氧水(H2O2)解离出的高活性氧物质/亲核试剂——氢过氧负离子(-OOH),可代替寿命极短、浓度极低的自由基(如•OH, O2-•等 ),与NO发生亲核-亲电作用而快速地结合起来,反应生成中间产物过氧亚硝酸负离子(ONOO-),成为一种新的NO强氧化吸收剂。此外发现,突破NO 在液膜中传质缓慢的瓶颈关键在于如何提高吸收液表面的更新速率,以减小影响-OOH-NO反应的扩散和传质过程阻力。鉴于此,利用超重力反应器强化NO在液膜的传递过程,并耦合-OOH-NO反应动力过程,解决传统湿法NO吸收速率低的问题,为中小型锅炉脱硝提供了新途径和新技术。

    此外,该研究进行了-OOH-NO反应动力学模型的建立和动力学参数的测定,以及基于液膜更新的超重力强化-OOH-NO传质过程模型的建立和模型的验证。研究发现,该吸收反应的表观活化能是一个负数,数值为-26.22 kJ•mol-1。 通过深入研究基于碱性双氧水的超重力高级氧化脱除NOx 反应-传质机理模型,形成调控NO传递过程速率与-OOH-NO 反应过程匹配的科学方法,这将能够为开发适合中小型锅炉的超重力高级氧化脱硝技术提供科学指导和理论支持。图2. 荧光光谱检测中间产物ONOO-的存在及-OOH-NO反应动力学模型研究