超声环境下进行了N O脱除实验的研究分析

纪舜君（浙江省环境保护科学设计研究院）

包括NO在内的氮氧化物是大气的重要污染气体。这些氮氧化物气体主要来自于发电厂等燃煤企业的烟气排放以及汽车尾气。氮氧化物是形成光化学污染以及酸雨的主要因素，对臭氧层有着严重的破坏作用。它们能够刺激人体的呼吸道粘膜，破坏肺细胞等。因此氮氧化物的存在对人体生命财产造成了巨大的威胁，减少氮氧化物的排放势在必行。

一、NO脱除方法简介

当下，脱除一氧化氮的技术手段主要是烟气脱硝法。通过湿法脱硝或者干法脱硝的方法将被氧化的一氧化氮进行还原。干法脱硝要求的工艺条件很高，并且费用十分昂贵，目前在企业中使用的较少，一般只用于实验室研究。湿法脱硝的工艺流程相对简单，在企业中有着广泛的使用率，但在脱硝流程中使用酸碱吸收的效率低，采用氧化吸收的效率高但是很容易腐蚀设备，而还原吸收法形成的N不会腐蚀设备，因此在湿法脱硝中主要采用还原吸收法。

二、超声波

超声具有很强的穿透性和方向性，因此在化工领域有着很高的应用价值。在化学领域使用超声已经成为了一种专门的研究学科—声化学。超声具有空化作用，其能够引发很多效应，如：生物学、化学以及力学和热学等。通过引发这些学科效应，能够使物体发生化学或者物理变化从而达到控制化学反应的效果。

三、超声环境下进行NO脱除试验

3.1、实验原理和过程

通过流量计将NO和N2.调节成具有一定比例的混合烟雾。吸收管直径为22毫米，高为10厘米。将混合气从吸收管的底部通入，接着气体和尿素反应，从顶部将反应尾气排出，酸性高锰酸钾对气体进行氧化，最后经过氧化后的气体通过碱液，然后排空。进行超声环境下的试验时，只需将吸收管放置在超声器中，这样就能够制造超声环境，测定超声对NO还原的效果。

超声能够增强传质作用，对湿法脱硝还原吸收NO有着加强作用。设定无超声试验得到尿素脱除NO的效率，作为对照；在形同试验条件下设置超声环境，并通过调节超声功率，获得在不同超声功率对尿素脱除NO效率的影响；通过两组试验的脱硝效果对比得出结论，验证超声环境下能够提高NO的脱除率。

3.2、实验仪器和药品

药品：无水对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、粒状亚硝酸钠、尿素等分析纯；纯度为99%的NO、99.99%的N2.

仪器：分光光度计、数显恒温水浴锅、数显pH计、电子天平、全数字超声波发生器。

尿素吸收一氧化氮的装置图如下图所示:

3.3、试验过程

试验开始前，向试验装置中通入氮气排出装置中的杂质气体；接着配置混合气体，并调节气体流量至稳定。之后分别在吸收管的进出口测定NO的含量并计算出脱除率。记录在非超声环境下，NO脱除率；最后在超声环境下重复试验，记录NO的进气量以及超声功率对NO的脱除率的影响。

3.4、非超声环境下的试验结果

（1）在20℃、常压状态下进行试验，用4 wt%的50毫升的尿素做吸收液，吸收体积浓度为300毫升每分钟的N2和5毫升每分钟的NO，每10分钟测定一次NO的含量。通过记录结果进行计算可以得出：在一个小时之内，NO的脱除率基本不会发生变化，这表明尿素浓度满足反应需求；一小时后，随着吸收液浓度的降低，NO的脱除率不断下降。

（2）在试验过程中，通过改变NO的初始含量，经过采样测定分析能够得到其与NO脱除率的关系图：

可见，随着NO初始含量的不断升高，脱除率也不断升高，当含量为3350毫克每立方米时，NO脱除率达到最高。随后随着浓度的不断升高，脱除率降低。在化学反应原理中，这是由于反应物浓度过高抑制了化学反应速率。因此NO含量是3350毫克每立方米时，能够最好的促进气液传质，利于对NO的吸收。

（3）进气量对NO脱除率的影响：

通过对改变进气量，测得NO的脱除率，绘制如上图所示。可以看出，进气量和脱除率成反比例函数，原因是进气量增加后不利于气液接触，导致NO的吸收不够充分。

四、超声环境下进行实验

按照上述在非超声条件下进行的NO脱除实验的条件，将吸收管置于超声环境下进行重复实验。

4.1、超声功率的影响

将吸收液放在超声发生器下，通过调节不同的功率，测定NO的脱除率。得到以下结果：随着超声功率的不断加大，脱除率也不断变大，功率大于5千瓦时，脱除率的增加幅度变小。这说明，超声环境能够促进NO在吸收液中的溶解，从而使吸收率增加，达到更好的脱除效果。并且可以得知，超声功率越高，NO的脱除率越高。

4.2、进气量对N O脱除率的影响

按照无超声条件，在超声环境下进行进气量对NO的脱除率影响的实验。实验设定超声功率为5千瓦。将超声环境下得到的效果图和非超声条件下的效果图合并，得到下图：

由图可知，在超声环境下，NO的脱除率同样随着进气量的增加而减少，但是均比非超声环境下的脱除率要高。

通过上诉两组试验结果可以分析得出：超声波能够对液膜控制进行改善，促进吸收。超声波能够使气泡崩溃，产生湍动效应以及冲击波，这样就可以减少NO向吸收液的传递的阻力，同时使气液的接触面积增大，促进了吸收液对NO的吸收。由试验结果可以得出，在超声环境下NO的脱除率比非超声环境下高3.1%。

五、结语

本实验设定非超声环境下尿素对NO进行脱除的实验为参照组，在相同实验条件下，进行超声环境下对NO脱除的实验。从实验可以得出:

(1)非超声环境下,随着NO初始含量的不断升高，脱除率也不断升高，当含量为3350毫克每立方米时，NO脱除率达到最高。随后随着浓度的不断升高，脱除率降低;进气量和脱除率成反比例函数.

(2)超声环境能够促进NO在吸收液中的溶解,超声功率越高，NO的脱除率越高。

(3)进气量相同的情况下，超声环境比非超声环境条件下的脱除率高.

[1]王芳，李小露，余国贤等.超声强化脱除模拟烟气中NO的研究[J].江汉大学学报，2012,40（5）：121.

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