液相亚硝酸盐高级氧化工艺实验研究

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氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一,湿法联合脱硫脱硝工艺因其经济性和适应能力方面的优势而受到广泛关注。然而吸收产物中大量亚硝酸盐不稳定易造成二次污染,如能攻克经济高效氧化NO2-的难题,将为氮资源回收利用提供可能并促进湿法联合脱硫脱硝技术的应用。本文针对三种不同的液相亚硝酸盐氧化工艺(臭氧协助催化湿式氧化、芬顿氧化以及紫外光辅助氧化)展开研究,为氮资源的回收利用提供实验依据。首先,本文采用HZSM-5分子筛作为催化剂,利用臭氧协助催化湿式氧化工艺对NO2-进行高效氧化,考察了一系列操作参数对氧化效率的影响并揭示其反应机理。实验研究表明:HZSM-5分子筛和臭氧的存在可以大幅提高体系NO2-的氧化效率同时抑制歧化反应的发生。NO2-在催化剂表面的吸附在催化氧化反应中起到十分关键的作用。此外,NO2-在催化剂表面与氧气以及臭氧分子的直接反应而非自由基反应是表面氧化过程的根本途径。其次,为了避免NO2-歧化反应的发生,实验基于芬顿氧化体系,以Fe-Zr-O为催化剂,实现了近中性条件下NO2-的高效氧化。研究结果表明:Fe-Zr之间的强相互作用可以有效提高比表面积和表面Fe2+的含量,从而使得氧化效率大幅提高。Fe:Zr摩尔比为6:4的Fe Zr-6催化剂具有最佳催化性能,其在60 min内可实现90%以上的氧化效率。过量Fe的掺杂使得Fe-Zr相互作用减弱从而降低了表面Fe2+含量,催化剂活性和稳定性随之下降。最后,为了避免由于固体催化剂因离子溢出而造成的二次污染问题,实验基于紫外光辅助氧化NO2-工艺,开展了VUV/H2O2和VUV/O3体系的对比研究。紫外光的辅助作用均可有效增强H2O2和O3的氧化效率且对H2O2的提升效果更为明显。短波长紫外光和酸性环境更有利于VUV/H2O2体系中NO2-氧化效率的提高。此外,经济性研究结果表明:相比于VUV/O3,VUV/H2O2在工艺成本方面具有明显优势。本文的研究结果为液相亚硝酸盐高效氧化提供了三种可行的技术路线参考,进一步为湿法联合脱硫脱硝过程中氮资源的回收利用提供了数据支撑。
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