（环境工程专业论文）纳米氧化镁吸附剂的制备及烟气同时脱硫脱硝研究.pdf

ad i s s e r t a t | o nj ne nv r o n m e n t a lp o 湘如c o n t r o l s t u d y o n p r e p a r a t i o n o f n a n o - m a g n e s i a a d s o r b e n ta n dp e r f o r m a n c eo ff l u eg a s s i m u l t a n e ou sd e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c at i o n b y m a f a n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh ux i a o m i n n o r l h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = e 思。 学位论文作者签名： 承艿 日 期：2 0 d 7 年7 日日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：两屿 签字日期：硒? 年，q 弓日 两年 导师签名： 签字日期： 督段 噼7 东北大学硕士学位论文 摘要 纳米氧化镁吸附剂的制备及烟气同时脱硫脱硝研究 摘要 我国二氧化硫和氮氧化物的排放所引起的污染越来越严重，国家治理大气污染的力 度逐步加大。研究开发经济、高效、简单的烟气同时脱硫脱硝技术十分必要和紧迫。化 学法制备的纳米氧化镁具有纯度高、粒径小、比表面积大、硬度高、反应活性高、吸附 性强以及低温烧结性良好等优良性质，可用作环境污染治理的吸附剂。本论文系统研究 了纳米氧化镁粉体及吸附剂的制备，并将其应用于烟气同时脱硫脱硝试验，获得了良好 的处理效果。 论文介绍了纳米氧化镁的性质、用途及制备方法，并对其粉体和吸附剂的制备方法 进行了深入的研究。以m g s 0 4 7 h 2 0 和n a 2 c 0 3 为原料，添加表面活性剂聚乙二醇1 0 0 0 ， 采用直接沉淀法和微波水浴加热法相结合的方法制备出了结晶良好、比表面积大的纳米 氧化镁粉体。讨论了前驱物的反应温度及时间、焙烧温度及时间和高分子聚k , - - 醇用量 等对粉体比表面积的影响。用热重分析仪、x 射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅立叶红 外光谱仪等，对纳米氧化镁粉体的结构和形貌及其前驱物的热分解温度进行了分析。结 果表明，前驱物在5 0 0 。c 下焙烧1 5 h 制得纳米氧化镁粉体，比表面积为1 8 3 3 5 m 2 g ，平 均粒径为7 2 n m 。采用共混法( 纳米氧化镁粉体：m g s 0 4 7 h 2 0 ：甜津粉= 7 5 ：3 2 ：1 ，质量比) 制备纳米氧化镁吸附剂，并对吸附剂同时脱硫脱硝前后的状态进行表征。 在自行设计安装的烟气脱硫脱硝装置中，对纳米氧化镁吸附剂同时脱硫脱硝性能进 行了考察，探索了各个因素对脱除效率的影响。结果表明在烟气温度为1 5 0 。c 、床层高 度为5 c m 、0 2 含量为7 5 、s 0 2 浓度为2 0 0 0 m g m 3 、n o 浓度为5 0 0 m g m 3 的条件下， 吸附6 0 m i n 内检测脱硫效率可保持在9 8 0 3 左右，脱硝效率可保持在8 5 7 4 左右，吸 附剂具有良好的稳定性。 关键词：氧化镁；纳米粉体；吸附剂；同时脱硫脱硝 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o n p r e p a r a t i o n o f n a n o m a g n e s i aa d s o r b e n t 11 h， ，1 n 1 一、 一 1 a n dr e r t o r m a n c e0 tr1 u eu a s3 1 n 1 u 上t a n e o u s d e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n a bs t r a c t t h ep o l l u t i o nc a u s e db ys u l f u rd i o x i d ea n dn i t r o g e no x i d e si no u rc o u n t r yt u r n so u tt ob e v e r yp r e s s i n g t h en a t i o ni sd e v o t i n gal o to fe n e r g yo nt a k i n gc a r eo ft h ea i rp o l l u t i o n h e n c e i ti sq u i t en e c e s s a r ya n du r g e n tt od e v e l o pan e we c o n o m i c a l ，e f f i c i e n ta n ds i m p l ew a yt o c a r r yi to u t n a n o m a g n e s i ah a ss o m eg o o dn a t u r e ，s u c ha ss m a l ls i z e ，l a r g es p e c i f i cs u r f a c e a r e a , h i g hp u r i t y , h i g hh a r d n e s s ，h i g hr e a c t i v i t y , s t r o n ga d s o r p t i o n ，g o o dl o w t e m p e r a t u r e s i n t e r i n g ，w h i c hc a nb e u s e da se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc o n t r o la d s o r b e n t t h i sp a p e r s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e do np r e p a r a t i o no fn a n o m a g n e s i ap o w d e ra n da d s o r b e n t ，a n dt h e a d s o r b e n tw a su s e do ne x p e r i m e n to fs i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，w h i c h o b t a i nag o o de f f e c t t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h en a t u r e ，u s ea n dp r e p a r a t i o nm e t h o d so fn a n o - m a g n e s i a ，a n d c a r r i e do u ti n d e p t hr e s e a r c ho np r e p a r a t i o nm e t h o d so fn a n o - m a g n e s i ap o w d e ra n da d s o r b e n t u s i n gm g s 0 4 7 h 2 0a n dn a 2 c 0 3 a sr a wm a t e r i a l ，p o l y m e r ( p e g10 0 0 ) a ss u r f a c t a n t s ， n a n o - m a g n e s i ap o w d e rw i t hg o o dc r y s t a l l i n t ya n dl a r g es p e c i f i cs u r f a c e a r e ah a sb e e n s y n t h e s i z e db yd i r e c tp r e c i p i t a t i o na n dm i c r o w a v eh e a t i n gi nw a t e rb a t hc o m b i n i n gm e t h o d t h ee f f e c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，c a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，a n dt h e d o s a g eo f p o l y m e r ( p e g i0 0 0 ) o nt h ep o w d e rs p e c i f i cs u r f a c ea r e aw e r es t u d i e di nd e t a i l t h e m o r p h o l o g ya n ds t r u c t u r eo fn a n o - m a g n e s i ap o w d e rw e r ec h a r a c t e r i z e db ym e a n so f t h e r m o g r a v i m e t r ya n a l y s i s ，x - r a yp o w d e rd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，s c a l ae l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o p h o t o m e t e r ( f t - i r ) a n dt h e r m a ld e c o m p o s i t i o n t e m p e r a t u r eo ft h eb a s i co fn a n o m a g n e s i aw a sa n a l y z e db yt h e r m o g r a v i m e t r y t h er e s u l t s s h o w e dt h a tn a n o m a g n e s i ap o w d e rw h o s es p e c i f i cs u r f a c ea r e aw a s18 3 3 5m 2 ga n da v e r a g e p a r t i c l es i z ew a sa b o u t7 2 n mw a sp r e p a r e db yd e c o m p o s i n gn a n o m a g n e s i ab a s i ca tt h e t e m p e r a t u r e5 0 0 f o r1 5 h o u r s a d o p t i n gb l e n dm e t h o d st op r e p a r en a n o - m a g n e s i a a d s o r b e n t ( n a n o m a g n e s i ap o w d e r ：m g s 0 4 7 h 2 0 ：s w e e t - p o w d e r = 7 5 ：3 2 ：1 ) a n d i i i 东北大学硕士学位论文 c h a r a c t e r i z i n gt h ea d s o r b e n t b e f o r ea n da f t e rs i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n t h e n a n o m a g n e s i a a d s o r b e n ts i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n p e r f o r m a n c ew e r es t u d i e dt h r o u g hs e l f - d e s i g n e da n di n s t a l l e dd e v i c e s ，a n dt h ei n f l u e n c i n g f a c t o r so fd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c i e sw e r ea n a l y s e di nd e t a i l t h em s d t s h o w e dt h a ta d s o r p t i o no fd e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yc a nb em a i n t a i n e da ta b o u t9 8 0 3p e r c e n t a n dd e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yc a nb em a i n t a i n e da ta b o u t8 5 7 4p e r c e n ti nf l u eg a st e m p e r a t u r e 15 0 c ，b e dh e i g h t5 c m ，7 5p e r c e n ta m o u n to fo x y g e n ，s u l 缸d i o x i d ec o n c e n t r a t i o n2 0 0 0 m g m 3 ，n i t r i co x i d ec o n c e n t r a t i o n5 0 0 m g m su n d e rt h ec o n d i t i o n s w i t h i n6 0m i n t h e a d s o r b e n th a sg o o ds t a b i l i t y , a n dt h ed e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yw e r e4 1 5 2 p e r c e n ta n d2 5 7 2p e r c e n tr e s p e c t i v e l yw i t h i n18 0m i n k e yw o r d s ：m a g n e s i a ；n a n o - p o w d e r ； a d s o r b e n t ； s i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n i v 东北大学硕士学位论文 目录 目录 声明i 中文摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 研究背景一1 1 2 烟气同时脱硫脱硝技术2 1 2 1 固相吸收再生烟气同时脱硫脱硝技术2 1 2 2 气固催化同时脱硫脱硝技术3 1 2 3 吸收剂喷射同时脱硫脱硝技术4 1 4 4 高能电子活化氧化法4 1 。2 5 湿法烟气同时脱硫脱硝技术5 1 3 纳米氧化镁的制各及应用6 1 3 1 纳米材料在环保中的应用6 1 3 2 纳米氧化镁的性质及应用9 1 3 3 纳米氧化镁的制备9 1 3 4 纳米氧化镁国内外研究现状1o 1 4 课题意义及研究内容1 4 1 4 1 课题目的及意义1 4 1 4 2 研究内容15 第2 章实验方法16 2 1 实验原料和试剂16 2 2 实验仪器及装置17 2 2 1 实验主要仪器17 2 2 2 实验装置及流程18 2 3 实验方法19 v 东北大学硕士学位论文目录 2 3 1 纳米氧化镁粉体及吸附剂的制备方法1 9 2 3 2 纳米粉体的表征及吸附剂的分析测试方法1 9 2 3 3 脱硫效率的测试方法。2 2 2 3 4 脱硝效率的测试方法2 5 第3 章纳米氧化镁吸附剂的制备2 8 3 1 纳米氧化镁粉体的制备方案选择2 8 3 1 1 制备方法2 8 3 1 2 反应各时间段情况分析。2 8 3 1 3 前躯体比较分析3 0 3 1 4 洗涤及焙烧情况比较分析3 1 3 1 5 纳米氧化镁粉体的制备工艺流程3 2 3 2 纳米氧化镁粉体制备条件研究3 2 3 2 1 原料配比的影响3 2 3 2 2 反应时间和反应温度的影响3 3 3 2 3 洗涤方式及过滤方式的影响3 4 3 2 4 焙烧温度和焙烧时间的影响3 5 3 2 5 表面活性剂的选择和加入量的影响3 6 3 3 纳米氧化镁吸附剂的制备3 7 3 3 1 吸附剂的设计3 7 3 3 2 吸附剂制备方法的选择3 8 3 3 3 吸附剂原料配比的确定3 9 3 3 4 纳米氧化镁吸附剂的制备工艺流程4 0 3 4 小结4 1 第4 章吸附剂的表征及脱硫脱硝机理研究4 2 4 1 纳米氧化镁粉体的表征4 2 4 1 1 热重分析4 2 4 1 2 纳米氧化镁的x r d 分析4 3 4 1 3 扫描电子显微镜观察形貌特征4 6 v i 东北大学硕士学位论文 目录 4 1 4 红外光谱分析4 8 4 2 吸附剂脱硫脱硝机理分析5 0 4 2 1 吸附机理5 0 4 2 2 纳米氧化镁吸附剂表征分析5 2 4 3 小结。5 5 第5 章吸附剂同时脱硫脱硝性能检测5 6 5 1 实验条件5 6 5 1 1 模拟烟气中s 0 2 和n o x 浓度的确定5 6 5 1 2 实验条件及实验过程5 6 5 2 脱除效率的单因素实验结果及分析5 7 5 2 1 床层高度对脱除效率的影响5 7 5 2 2 烟气温度对脱除效率的影响5 7 5 2 3 烟气中0 2 含量对脱除效率的影响5 9 5 2 4 烟气中c 0 2 含量对脱除效率的影响。5 9 5 2 5 烟气中s 0 2 浓度和n o 浓度对脱除效率的影响6 0 5 2 6 吸附剂稳定性试验。6 2 5 3 小结6 2 第6 章结论与建议6 4 6 1 结论6 4 6 2 建议6 5 参考文献6 6 致谢7 0 v i i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论1 1 研究背景第1 章绪论我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国的能源结构仍占很大比例l l j 。据统计，我国约8 0 的电力能源、7 0 的工业燃料、6 0 的化工原料、8 0 的供热和民用燃料都来自于煤【2 】。随着全球经济的高速发展，煤的开发利用已经给环境带来了严重的污染，特别是燃煤电厂锅炉排放出大量的硫氧化物和氮氧化物( 约占s o z 和n o x 总排放量的3 5 4 0 ) 更进一步加剧了环境的恶化【3 】。其中大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人类生存的四大杀手。燃煤烟气所含的烟尘、s 0 2 、n o x 等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。近年来，虽然我国大气污染防治工作取得了很大的成效，但我国大气环境面临的形势仍然非常严峻。大气污染物排放总量居高不下，全国大多数城市的大气环境污染物浓度超过国家规定的标准。2 0 0 8 年全国酸雨污染仍然较重，酸雨发生面积约1 5 0 万平方公里，集中分布于长江以南，四川、云南以东地区。2 0 个省份1 0 以上城市( 区) 受到酸雨影响；浙江、福建、江西、湖南、上海、重庆、广东、广西8 省份7 0 以上城市受到酸雨影响；贵州、湖北5 0 以上城市受到酸雨影响【4 1 。因此，在我国对燃煤烟气进行脱硫脱硝的任务刻不容缓，如何经济有效的控制烟气中s o 和n o x 的排放是能源和环保领域亟待解决的关键性问题。由于分步脱硫脱硝技术存在流程复杂、占地面积大、运行成本高等缺点【5 】，因此开发技术简单、运行成本低、运行稳定的同时脱硫脱硝技术成为今后燃煤烟气治理技术发展的重要方向之一。目前同时脱硫脱硝技术大多处在研究阶段，尚未得到大规模的工业应用。烟气同时脱硫脱硝技术可分为两大类，即炉内燃烧过程的同时脱除技术和燃烧后烟气中的同时脱除技术，其中燃烧后烟气脱硫脱硝是今后进行大规模工业应用的重点。典型的工艺有干法和湿法两种：干式工艺包括电子束照射法、固相吸收和再生法及吸收剂喷射法等；湿式工艺包括氧化吸收法和铁的螯合物吸收法等 2 1 。干法脱硫脱硝工艺过程简单、无污水和污酸处理问题，且净化后烟气利于烟囱排放。吸附法具有干法脱硫脱硝的优点，且吸附剂能反复多次利用，故越来越受到重视。对于烟气脱硫脱硝，吸附剂的选择与控制是技术关键。同时脱硫脱硝的效率涉及到吸附剂的物理性能、化学性质、配置等因素，开发出一种脱除效率高、工艺简单、有效、经济实用并且同时脱硫脱硝的高效吸附剂成为国内外研究的热点。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 2 烟气同时脱硫脱硝技术 1 2 1 固相吸收再生烟气同时脱硫脱硝技术 固相吸收再生烟气脱硫脱硝工艺是采用固体吸收剂或催化剂，与烟气中的s 0 2 和 n o x 吸收或反应，然后在再生器中硫或氮从吸收剂中释放出来，吸收剂可重新循环使用， 回收的硫可进一步处理得到元素硫或硫酸等副产物；氮组分通过喷射氨或再循环至锅炉 分解为n 2 和h 2 0 。该工艺常用的吸收剂是活性炭、氧化铜、分子筛、硅胶等，所用的 吸收设备的床层形式有固定床和移动床，其吸收流程根据吸收剂再生方式和目的不同而 多种多样1 2 1 。 1 2 1 1 活性炭吸收脱硫脱硝工艺 活性炭吸收工艺是利用活性炭具有较大的比表面积进行烟气同时脱硫脱硝的。s o z 是通过活性炭的微孔吸附作用，存于活性炭的微孔内，再通过热再生，生成高浓度的s 0 2 气体，经过转化装置形成高纯硫磺、浓硫酸等副产品；n o x 是在加氨的条件下经活性炭 的催化作用生成水和氮气排入大气【6 j 。 优点是运行和操作费用较低，无二次污染；缺点是适宜处理的活性炭种类不多嘲。 该工艺主要由吸附、解吸、硫回收三部分组成，系统长期、连续和稳定运行的条件下能 到9 0 以上的s 0 2 脱除效率和8 0 以上的n o 。脱除效率【2 7 1 。 1 。2 1 2c u o 同时脱硫脱硝工艺 c u o 作为活性组分同时脱除烟气中s 0 2 和n o x 已得到较深入地研究，其中以 c u o a 1 2 0 3 和c u o s i 0 2 为主。该方法利用a h 0 3 或s i 0 2 作为载体，用浸渍等方法制备 吸附剂，在3 0 0 - 4 5 0 。c 的温度范围内，与烟气中的s 0 2 发生反应，形成的c u s 0 4 和c u o 对s c r 法还原n o 。有很高的催化活性。吸收饱和的c u s 0 4 被送去再生，再生过程一般 用c h 4 气体对c u s 0 4 进行还原，释放的s 0 2 可制酸，还原得到的金属铜或c t l 2 s 再用烟 气或空气氧化。生成的c u o 又重新用于吸收还原过程 8 】。 优点是不产生二次污染物，可产出硫或硫酸副产品，处理后烟气无需加热，可循环 利用 9 1 。该工艺能达到9 0 以上的s 0 2 脱除效率和7 5 - - 一8 0 的n o 。脱除效率【1 0 , 1 1 j 。 1 2 1 3n o x s o 工艺 n o x s o 处理法是一种干式吸收再生技术，它可脱除燃烧中、高硫煤锅炉烟气中的 s 0 2 和n o x 。该处理法采用浸渍了n a 2 c 0 3 的 t - a 1 2 0 3 作为吸附剂同时去除烟气中的s 0 2 和n o ，。 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论优点是无二次污染，也无废水排放问题，处理过程可循环【5 】；缺点是需要大量吸附剂，设备庞大，投资大，运行能耗大。s n a p 氧化铝一钠工艺是一种改进的n o x s o工艺，能达到9 0 的s 0 2 脱除效率和7 0 9 0 的n o x 脱除效率13 1 。1 2 2 气固催化同时脱硫脱硝技术气固催化同时脱硫脱硝工艺使用氧化、氢化或s c r 的催化反应，s 0 2 和n o 。的脱除效率能达到9 0 或更高，取决于催化反应与催化剂的组合；而且比起传统的s c r 工艺，具有更高的n o x 脱除效率。这类工艺中包括w s a - s n o x 、d e s o n o x 、s n r b 、p a r s o n f g c 和l u r g i c f b ，其中一些工艺正在处于商业运行阶段【2 1 。1 2 2 1w s a s n o x 工艺w s a - s n o x 工艺用了两种催化剂，用s c r 脱除n o x ，然后将s 0 2 催化氧化为s 0 3 ，冷凝s 0 3 作为硫酸出售。烟气中约9 5 的s 0 2 和n o x 被脱除，该工艺无废水和废渣产生，除用氨脱除n o x 外，不消耗任何其他化学药剂【2 1 。优点是高的脱硝效率( 约9 5 以上) ，低能耗( o 2 的发电量) ，低的粉尘排放。w s a s n o x 工艺的总脱硝率在9 5 以上，高于单独使用s c r 或s c r 与其他的f g d 工艺结合的脱硝率( 8 0 - - 9 0 ) 。1 2 2 2s n r b 工艺s n r b ( s o x - n o x - r o 0 x ) 工艺的特点是利用高温布袋除尘器达到一台设备同时脱硫脱硝和除尘的目的。烟气中的s 0 2 通过在布袋除尘器前的烟道内喷入钙基或钠基脱硫剂并利用布袋外表的过滤层脱除；n o 。的脱除是通过向烟道内喷入氨气，然后由设置在布袋内部的选择性催化还原剂( s c r ) 来实现；除尘是通过布袋的自身特性完成的，采用陶瓷纤维滤袋和玻璃纤维滤袋都能满足技术要求【1 4 1 。优点是干法无废水排放，脱硫、脱硝、除尘能自由组合：缺点是投资费用较高，存在固体物质处理的问题【5 】。在美国e d i s o n 公司的r e b u r g e r 电厂所进行的中试试验表明，采用商业品质的石灰或碳酸氢钠作脱硫剂，其脱硫效率一般为8 0 左右，控制温度为4 2 5 - - 一4 5 4 及n h 3 n o 为0 9 的条件下，脱硝效率达9 0 。1 2 2 3p a r s o n s 烟气清洁工艺p a r s o n s 烟气清洁工艺在单独的还原步骤中同时将s o x 催化还原为h 2 s ，n o x 还原为n 2 ，剩余的氧还原为水，从氢化反应器的排气中回收h 2 s ，从h 2 s 富集气体中生产元素硫。优点是无需加入n h 3 ，二次污染小，可回收元素硫，投资费用和操作费用低。燃煤3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 锅炉烟气中的s 0 2 和n o x 的脱除效率能达到9 9 以上。 1 2 2 4 烟气循环流化床工艺 烟气循环流化床( c f b ) 工艺是一种较新的干法同时脱硫脱硝的方法。在联和工艺 中，消石灰用作脱硫的吸收剂，吸收产物主要是c a s 0 4 ( 无水) 和约1 0 的c a s 0 3 ，脱 硝反应是使用氨作为还原剂进行选择催化还原反应，催化剂是具有活性的细粉末化合物 f e s 0 4 7 h 2 0 ，不需要载体【1 5 】。 优点是系统简单，脱除效率较高，节水、二次污染物少，设备投资和运行费用低。 循环流化床能达到8 5 - - 9 5 的脱硫效率；8 5 - - - 9 0 的脱硝效率【l 6 1 。 1 2 3 吸收剂喷射同时脱硫脱硝技术 把碱或尿素等干粉喷入炉膛、烟道或喷雾干式洗涤塔内，在一定条件下能同时脱除 s 0 2 和n o x 。 1 2 3 1 炉膛石灰( 石) 尿素喷射工艺 炉膛石灰( 石) 尿素喷射工艺是把炉膛喷钙和选择非催化还原( s n c r ) 结合起来， 以实现同时脱除烟气中的s 0 2 和n o 。喷射浆液由尿素溶液和各种钙基吸收剂组成，总 含固量为3 0 。 优点是不论入口处s 0 2 n o ；的浓度比是多少，都能达到对s 0 2 和n o 。各自理想的 脱除效果；缺点是s c r 体系存在催化剂表面结垢，造成空气预热器气换热器的阻塞和 腐蚀。一般s 0 2 的脱除效率在9 0 以上，n o 。的脱除效率在8 0 以上【l 引。 1 2 3 2 整体干式s 0 2 n o x 排放控制工艺 整体干式s 0 2 n o x 排放控制工艺是通过在缺氧环境下喷入部分煤和部分燃烧空气 来抑制n o 。的生成；其余的燃料和空气在第二级送入，以完成整个燃烧过程。过剩空气 的引入是为了完成燃烧过程，以及进一步除去n o 。 优点是需要适当的设备投资和停机时间便可改装，且所需空间较少；缺点是可应用 于各种容量的机组，但主要适用于较老的中小型机组。一般s 0 2 的脱除效率在5 5 - - 一 7 5 ，n o 。的脱除效率在7 0 。 1 4 4 高能电子活化氧化法 高能电子活化氧化法是利用高能电子撞击烟气中的h 2 0 、0 2 等分子，产生o 、o h 、 0 3 等氧化性很强的自由基，将s 0 2 氧化成s 0 3 ，s 0 3 与h 2 0 生成h 2 8 0 4 ，同时也可将 n o 氧化成n 0 2 ，n 0 2 与h 2 0 生成h n 0 3 ，生成的酸与喷入的n h 3 反应生成硫酸铵和硝 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论酸铵化肥。根据高能电子的产生方法不同，这类方法又分为电子束照射法( e b a ) 和脉冲电晕等离子体法( p p c p ) 。1 2 4 1 电子束照射法电子束照射法( e b a ) 是一种脱硫脱硝新工艺，当烟气受到电子束的辐照时，由于电子束的能量效应很大数量级为m e v ，烟气中的各种组分很容易发生分解。其分解过程主要由电子束产生的离子化作用决定。在电子束产生的化学反应历程中，除了离子化作用外，还有电子能态的激发、分子的分解、自由基的生成等【0 7 1 。优点是干法处理过程，不产生废水废渣；系统简单，操作方便，过程易于控制；对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性：副产品为硫酸铵和硝酸铵混合物，可用作化肥；脱硫成本低于常规方法。可达到9 0 以上的脱硫效率和8 0 以上的脱硝效率。1 2 4 2 脉冲电晕等离子体法脉冲电晕放电脱硫脱硝的基本原理和电子束辐射脱硫脱硝的基本原理基本一致，都是利用高能电子使烟气中的h 2 0 、0 2 等分子被激活、电离或裂解，产生化性的自由基，然后，这些自由基对s 0 2 和n o x 进行等离子体催化氧化，分别生成s 0 3 和n 0 2 或相应的酸；在有添加剂的情况下，生成相应的盐而沉降下来。它们的差异在于高能电子的来源不同，电子束方法是通过阴极电子发射和外电场加速而获得，而脉冲电晕放电方法是由电晕放电自身产生的。优点是能在单一的过程内同时脱除s 0 2 和n o 。；高能电子由电晕放电自身产生，从而不需昂贵的电子枪，也不需辐射屏蔽：只要对现有的静电除尘器进行适当的改造就可以实现，并可集脱硫脱硝和飞灰收集的功能于一体；终产品可用作肥料，不产生二次污染；在超窄脉冲作用时间内，电子获得了加速，而对不产生自由基的惯性大的离子没有加速，因而该方法在节能方面有很大的潜力；它对电站锅炉的安全运行也没有影响【l8 1 。1 2 5 湿法烟气同时脱硫脱硝技术由于n o 的溶解度很低，湿法烟气同时脱硫脱硝工艺通常在气液段将n o 氧化成n 0 2 ，或者通过加入添加剂来提高n o 的溶解度。湿法烟气同时脱硫脱硝技术主要包括氯酸氧化工艺和加入金属螯合剂络合吸收法等 2 1 。1 2 5 1 氯酸氧化工艺氯酸氧化工艺，又称t r i - n o x n o x s o r b 工艺，是采用湿式洗涤系统，在一套设备中同时脱除烟气中的s 0 2 和n o x ，并且没有催化剂中毒、失活或随使用时间的增长催化5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 能力下降等问题。t r i n o x n o x s o r b 工艺采用氧化吸收塔和碱式吸收塔两段工艺。氧 化吸收塔是采用氧化剂h c l 0 3 来氧化n o 和s 0 2 及有毒金属，碱式吸收塔则作为后续工 艺采用n a 2 s 及n a o h 作为吸收剂，吸收残余的酸性气体。 优点是对入口烟气浓度的限制范围不严格，对s 0 2 、n o x 及有毒金属有较高的脱除 效率，操作温度低，适用性强。该工艺脱硫率能达9 5 以上，脱除n o 可达9 5 以上【2 】。 1 2 5 2 湿式络合吸收工艺 湿式f g d 加金属螯合物工艺是在碱性或中性溶液中加入亚铁离子形成氨基羟酸亚 铁螯合物，如f e ( f d t a ) 和f e ( n t a ) 。这类螯合物吸收n o 形成亚硝酰亚铁螯合物，配位 的n o 能够和溶解的s 0 2 和0 2 反应生成n 2 、n 2 0 、连二硫酸盐、硫酸盐、各种n s 化 合物和三价铁螯合物。该工艺需通过从吸收液中去除连二硫酸盐、硫酸盐和n s 化合物 以及三价铁螯合物还原成亚铁螯合物而使吸收液再生。湿式络合吸收工艺可同时脱除 s 0 2 和n o 。，但目前仍处于试验阶段。影响其工业应用的主要障碍是反应过程中螯合物 的损失和金属螯合物再生困难、利用率低，造成运行费用高【l 引。 1 。3 纳米氧化镁的制备及应用 1 3 1 纳米材料在环保中的应用 纳米材料对各个领域都有不同程度的影响和渗透，特别是纳米材料在环境保护方面 的应用，给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来了新的契机。近年来，随着人们环 保意识的增强，对生活环境要求越来越高，这就对现存的环保技术提出了更高的要求。 随着纳米技术的悄然崛起及发展，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展，纳米技 术的出现为环保技术的进步和发展提供了新的机遇。纳米技术的目的之一就是实现环境 友好、彻底改善环境和从源头上控制新的污染源【2 0 】。纳米技术与环境保护和环境治理的 进一步有机结合，将会有助于许多环保难题的解决，诸如大气污染、废水治理、城市垃 圾等问题的解决。有鉴于此，随着人们对纳米技术的研究的深入，其在环保领域的应用 也将越来越广泛。 1 。3 1 。1 纳米材料在大气污染方面的应用 ( 1 ) 光催化材料 利用纳米材料光催化技术从空气中清除气态污染物是日益受到重视的新型污染治 理技术。常见的光催化纳米材料为纳米t i 0 2 ，它无毒稳定、氧化能力强，其价带和导带 之间的带隙能3 2 e v ，相当于波长为3 8 7 5 n m 的紫外光所具有能量。纳米t i 0 2 在紫外光 6 东北大学硕士学位论文第1 章绪论的照射下，能吸收紫外的辐射能产生电子跃迁，形成电子和空穴，然后电子和空穴分别与吸附在粒子表面的溶解氧和水分子作用，传递能量，最终形成具有高活性和强氧化性o h 自由基和超氧离子，以氧化各种有机化合物。因此光催化纳米材料具有杀菌、除臭、光催化降解有机污染物的特性【2 l 】。其优点是在常温下对各类有机和无机污染物进行分解、能耗低、无二次污染、适合于室内污染空气中有害污染物的分解。( 2 ) 石油脱硫催化材料工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃烧时会产生s 0 2 气体，所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钻( c o t i 0 3 ) 是一种非常好的石油脱硫催化剂。以5 5 7 0 n m 的钛酸钻作为催化活体、以多孔硅胶或a 1 2 0 3 陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经催化的石油中硫的含量小于0 0 1 ，可达到国际标准【2 0 】。工业生产中使用的煤燃烧也会产生s 0 2气体，如果在燃烧的同时加入纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧、不产生s 0 2 气体、提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，从而杜绝有害气体的产生。( 3 ) 汽车尾气净化材料复合稀土化物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能，这是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中c o 和n o x 的污染问题。以活性碳作为载体、纳米粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，由于其表面存在z r 4 - z r 3 +及c e 4 + c ? + ，电子可以在其三价和四价离子之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体c 0 2 和n 2 【2 1 】。更新一代的纳米催化剂，将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用，使汽油在燃烧时就不产生c o 和n o ；，无需进行尾气净化处理。1 3 1 2 纳米材料在废水治理方面的应用( 1 ) 纳米过滤材料纳米过滤，简称纳滤( n a n o f i l t r a t i o n ，简称n f ) ，早期称为“疏松”反渗透，其孔径范围在几个纳米左右，界于r o 与u f 之间。纳滤膜较之反渗透膜有操作压力低和处理水量大的特点，操作压力仅为5 6 k g c m 2 。纳滤膜对二价离子( 例如c a 2 + 、m 9 2 + 等)的去除率可在9 0 以上，对一价离子(