催化氧化法处理氮氧化物的基础研究

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NOX会对大气环境造成十分严重的污染,也是引发频繁雾霾天气最为主要的原因之一。尿素与双氧水相结合的湿法脱硝技术,属于催化氧化法处理NOX,是一项行之有效的脱硝技术。针对尿素脱硝的反应原理,以及尿素溶液对于NOX吸收特性,本文认为以H2O2为添加剂,以尿素吸收液,可以实现高效脱除NOX,且反应后的产物无毒无害,不会对环境产生任何危害。因此,本文采用量子化学计算与实验相结合的方法进行研究,揭示了尿素结合双氧水脱除NO的反应机理并找到一个高效稳定脱除NO的工况条件,为后续的技术开发提供理论依据和实验基础。研究内容主要分两个方面:(1)利用量子化学中的UB3LYP从头计算的方法,对尿素结合双氧水液相脱硝的反应路径和反应机理进行了计算研究。计算表明,双氧水很难与尿素直接发生反应,因为H2O2会先与NO发生氧化还原反应,生成大量的HNO2,而HNO2遇到尿素溶液,会被不断消耗,发生反应生成N2,CO2和H2O,最终实现脱硝。这条反应路径最易进行,因为它所需要的活化能最少。根据这条反应路径,计算后获得尿素脱硝反应的活化能约为77.51 k J/mol,并揭示了尿素结合双氧水液相脱硝全反应的反应机理,为催化氧化法处理NOX提供了一定的理论依据。(2)利用实验平台,研究不同条件下以及添加不同添加剂时,尿素吸收液对NOX的脱除效率。实验研究主要是利用鼓泡反应器和恒温水浴,以尿素溶液吸收剂,分别研究反应温度、双氧水含量、煤粉含量、活性炭含量等等不同条件和添加剂的脱除效率,并做进一步的综合实验研究,对比分析,确定了尿素脱硝实验较优实验工况。在温度60℃,采用10%的尿素吸收液,以0.3%煤粉,0.3%双氧水,0.1%有机添加剂作为尿素吸收液的添加剂时,可以实现高效率去除NOX,去除效率高达90%左右,为催化氧化法处理NOX提供了一定的实验参考。
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