微波活化可磁性分离催化剂诱导过硫酸盐产生自由基同时脱硫脱硝的基础研究

Emission of SO2 and NOx from coal combustion results in great harm for human health and environment. Flue gas simultaneous desulfurization and denitrification technology has the potential advantages in simple system and low cost, which has good development and application prospect. But because of complexity, there are no relevant technologies that can achieve large-scale commercial application yet. In view of current more and more serious air pollution situation in our country, actively studying new and efficient flue gas simultaneous desulfurization and denitrification technologies has important scientific significance and application value. In this project, we propose to study the simultaneous removal process of SO2 and NOx from flue gas using free radicals produced by microwave-activated and magnetic separation catalyst-induced persulfate in a microwave spraying reactor and a microwave impinging stream reactor. The research contents mainly include the following key fundamental theories and key scientific issues: the key affecting factors and laws, the removal mechanism, and the mass transfer-reaction kinetics laws and models. The main research goal is: (1) to master the key factors and laws; (2) to reveal the removal mechanism; (3) to master the mass transfer-reaction kinetics laws; (4) to establish the kinetic models. These results will provide the important theoretical guidance for subsequent research and application of this technology.

煤燃烧排放的SO2和NOx对人体健康和生态环境造成了极大的危害。烟气同时脱硫脱硝技术具有系统简单和费用低等潜在优势，具有良好的发展与应用前景。但由于复杂性，目前还没有相关技术获得大规模商业化应用。鉴于我国当前越发严峻的大气污染形势，积极开展新型高效的烟气同时脱除技术及理论研究具有重要的科学意义和应用价值。本项目提出在微波喷淋反应器和微波撞击流反应器上研究微波活化可磁性分离催化剂诱导过硫酸盐产生自由基同时脱硫脱硝的基础问题。研究内容主要包括同时脱除的关键影响因素及规律﹑脱除机制﹑传质-反应动力学规律和模型等基础理论和关键科学问题。预期目标是掌握同时脱硫脱硝的关键影响因素及规律，揭示同时脱除机制，掌握同时脱除的传质-反应动力学规律，建立动力学模型，为该技术的后续研究和应用提供理论指导。

开发了一种活化过氧化物的半干法微波活化反应器及脱除工艺。该反应器有效解决了微波活化技术在水处理领域因大量加热水造成能耗过高的不足，同时也克服了干法微波活化技术造成催化剂/吸附剂高温烧结失活的缺陷。在开发的半干法微波活化反应器上，对微波活化过硫酸盐诱导自由基同时脱硫脱硝的主要影响因素﹑产物和机理开展了研究。结果表明，提高微波辐射功率﹑过硫酸盐浓度和O2浓度能够强化NO和SO2的同时脱除。提高NO和SO2的浓度抑制了NO和SO2的同时脱除。改变过硫酸盐的投加量﹑溶液pH值以及反应温度对NO和SO2的同时脱除均具有双重影响。自由基鉴定实验表明，微波活化过硫酸产生的•OH和SO4•-是活化过程中的主要活性物种，且在NO和SO2的同时脱除中发挥了重要作用。该工艺的主要产物是硫酸盐和硝酸盐，并且有少量的副产物NO2产生。本项目还进一步在微波活化反应器上研究了微波半干法活化双氧水/过硫酸盐（PS）脱除烟气中NO的工艺参数和机理。结果表明，NO主要通过5条路径实现脱除：（1） H2O2直接将NO氧化成HNO3；（2）PS直接将NO氧化成NO2；（3）热活化H2O2和PS产生的•OH和SO4•-将NO氧化成HNO2﹑HNO3﹑NO2；（4）微波活化H2O2和PS产生的•OH和SO4•-将NO氧化成HNO2﹑HNO3﹑NO2；（5）链式反应产生的HO2•将NO氧化为NO2。在这些氧化组分中，•OH被证实在NO脱除中起到了主导作用。工艺参数优化表明：增加微波功率、H2O2和PS浓度以及O2含量都能提高NO的脱除效率。增加NO和SO2浓度、溶液pH值和烟气流速都会降低NO的脱除效率。改变运行温度和试剂流量对NO脱除具有双重影响。此外，本项目还对离子活化﹑热活化和光活化等其它高级氧化工艺脱除烟气污染物以及生物炭/金属氧化物吸附脱除烟气污染物等基础问题开展了广泛的拓展研究，并取得了丰硕的研究成果。