【摘 要】
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在海水淡化过程中,钙离子结垢不仅限制了淡水的回收率,还增加了淡化成本。同时我国的能源结构以煤炭燃烧为主,大量燃煤燃烧排放的烟气（含CO2、SO2和NOx等）已经严重污染了大气环境。因此,本论文考察了双极膜电渗析法固碳脱硫工艺的关键影响因素,分析了硫酸根和亚硫酸根离子间的相对迁移速率,并初步探究了双极膜电渗析法海水脱钙与烟气固碳脱硫脱硝集成工艺的可行性。首先,对双极膜电渗析法海水脱钙与烟气固碳脱硫过
【基金项目】
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天津市自然科学基金重点项目（20JCZDJC00450）； 河北省自然科学基金青年项目（B2020202029）；
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在海水淡化过程中,钙离子结垢不仅限制了淡水的回收率,还增加了淡化成本。同时我国的能源结构以煤炭燃烧为主,大量燃煤燃烧排放的烟气（含CO2、SO2和NOx等）已经严重污染了大气环境。因此,本论文考察了双极膜电渗析法固碳脱硫工艺的关键影响因素,分析了硫酸根和亚硫酸根离子间的相对迁移速率,并初步探究了双极膜电渗析法海水脱钙与烟气固碳脱硫脱硝集成工艺的可行性。首先,对双极膜电渗析法海水脱钙与烟气固碳脱硫过程的工艺参数进行优化。整个实验过程以脱钙率、碳吸收率、硫吸收率、能量损耗、离子浓度以及膜污染情况为衡量指标,考察通气设备、电流密度、通气量和溶液温度等对钙离子的脱除效率和CO2＆SO2气体吸收效率的影响。同时为了进一步降低能耗,进行了养晶实验。在最佳操作条件下,重点对硫吸收效果和固体产物进行分析。结果显示:球面细化盘具有良好的吸收效果,通过调控电流密度和通气量可以调控碱室/盐室p H,较低的溶液温度可以增加气体吸收效果,养晶过程可以降低原料液处理能耗和脱钙能耗。整个过程脱钙率均在80%以上,碳吸收率为70%左右,脱硫率维持在100%,2 h内硫吸收率在55.89%到96.64%之间,并且获得了疏水性文石型碳酸钙。为了探索脱硫机理,进行了离子迁移实验。首先,考察了双极膜的产碱能力,以此确定操作电流。通过模拟实验中的离子情况,开展了单离子(OH-、SO32-、SO42-)迁移和双离子(SO32-与SO42-)竞争迁移的研究,确定其平均迁移速率。其结果表示:电流密度越大,双极膜的产碱能力越大。改变离子初始浓度对离子迁移速率有一定程度的影响。连续实验中,双离子SO32-与SO42-的离子浓度之比越大,SO32-离子的迁移速率越大。通过计算相对迁移速率可知,当浓度之比大于1时,SO32-的离子迁移速率快于SO42-的离子迁移速率。在前期工艺优化和脱硫机理研究的基础上,最后进行了臭氧氧化与双极膜电渗析法联合脱硝工艺的初步探究。从氧化过程和脱除过程两方面验证了此集成工艺的可行性,结果显示:在NO氧化率达到96.49%的同时NO2的产率也可达到80%左右。在长达1 h的脱除过程中,NO2的脱除率始终可以维持在60%到70%之间。这充分说明了利用双极膜电渗析系统,可以实现海水脱钙与烟气固碳脱硫脱硝的工艺集成,同时也可达到减少投资成本和二次污染的目的。
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