紀舜君（浙江省環(huán)境保護科學設計研究院）

包括NO在內(nèi)的氮氧化物是大氣的重要污染氣體。這些氮氧化物氣體主要來自于發(fā)電廠等燃煤企業(yè)的煙氣排放以及汽車尾氣。氮氧化物是形成光化學污染以及酸雨的主要因素，對臭氧層有著嚴重的破壞作用。它們能夠刺激人體的呼吸道粘膜，破壞肺細胞等。因此氮氧化物的存在對人體生命財產(chǎn)造成了巨大的威脅，減少氮氧化物的排放勢在必行。

一、NO脫除方法簡介

當下，脫除一氧化氮的技術手段主要是煙氣脫硝法。通過濕法脫硝或者干法脫硝的方法將被氧化的一氧化氮進行還原。干法脫硝要求的工藝條件很高，并且費用十分昂貴，目前在企業(yè)中使用的較少，一般只用于實驗室研究。濕法脫硝的工藝流程相對簡單，在企業(yè)中有著廣泛的使用率，但在脫硝流程中使用酸堿吸收的效率低，采用氧化吸收的效率高但是很容易腐蝕設備，而還原吸收法形成的N不會腐蝕設備，因此在濕法脫硝中主要采用還原吸收法。

二、超聲波

超聲具有很強的穿透性和方向性，因此在化工領域有著很高的應用價值。在化學領域使用超聲已經(jīng)成為了一種專門的研究學科—聲化學。超聲具有空化作用，其能夠引發(fā)很多效應，如：生物學、化學以及力學和熱學等。通過引發(fā)這些學科效應，能夠使物體發(fā)生化學或者物理變化從而達到控制化學反應的效果。

三、超聲環(huán)境下進行NO脫除試驗

3.1、實驗原理和過程

通過流量計將NO和N2.調(diào)節(jié)成具有一定比例的混合煙霧。吸收管直徑為22毫米，高為10厘米。將混合氣從吸收管的底部通入，接著氣體和尿素反應，從頂部將反應尾氣排出，酸性高錳酸鉀對氣體進行氧化，最后經(jīng)過氧化后的氣體通過堿液，然后排空。進行超聲環(huán)境下的試驗時，只需將吸收管放置在超聲器中，這樣就能夠制造超聲環(huán)境，測定超聲對NO還原的效果。

超聲能夠增強傳質(zhì)作用，對濕法脫硝還原吸收NO有著加強作用。設定無超聲試驗得到尿素脫除NO的效率，作為對照；在形同試驗條件下設置超聲環(huán)境，并通過調(diào)節(jié)超聲功率，獲得在不同超聲功率對尿素脫除NO效率的影響；通過兩組試驗的脫硝效果對比得出結(jié)論，驗證超聲環(huán)境下能夠提高NO的脫除率。

3.2、實驗儀器和藥品

藥品：無水對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、粒狀亞硝酸鈉、尿素等分析純；純度為99%的NO、99.99%的N2.

儀器：分光光度計、數(shù)顯恒溫水浴鍋、數(shù)顯pH計、電子天平、全數(shù)字超聲波發(fā)生器。

尿素吸收一氧化氮的裝置圖如下圖所示:

3.3、試驗過程

試驗開始前，向試驗裝置中通入氮氣排出裝置中的雜質(zhì)氣體；接著配置混合氣體，并調(diào)節(jié)氣體流量至穩(wěn)定。之后分別在吸收管的進出口測定NO的含量并計算出脫除率。記錄在非超聲環(huán)境下，NO脫除率；最后在超聲環(huán)境下重復試驗，記錄NO的進氣量以及超聲功率對NO的脫除率的影響。

3.4、非超聲環(huán)境下的試驗結(jié)果

（1）在20℃、常壓狀態(tài)下進行試驗，用4 wt%的50毫升的尿素做吸收液，吸收體積濃度為300毫升每分鐘的N2和5毫升每分鐘的NO，每10分鐘測定一次NO的含量。通過記錄結(jié)果進行計算可以得出：在一個小時之內(nèi)，NO的脫除率基本不會發(fā)生變化，這表明尿素濃度滿足反應需求；一小時后，隨著吸收液濃度的降低，NO的脫除率不斷下降。

（2）在試驗過程中，通過改變NO的初始含量，經(jīng)過采樣測定分析能夠得到其與NO脫除率的關系圖：

可見，隨著NO初始含量的不斷升高，脫除率也不斷升高，當含量為3350毫克每立方米時，NO脫除率達到最高。隨后隨著濃度的不斷升高，脫除率降低。在化學反應原理中，這是由于反應物濃度過高抑制了化學反應速率。因此NO含量是3350毫克每立方米時，能夠最好的促進氣液傳質(zhì)，利于對NO的吸收。

（3）進氣量對NO脫除率的影響：

通過對改變進氣量，測得NO的脫除率，繪制如上圖所示?？梢钥闯?，進氣量和脫除率成反比例函數(shù)，原因是進氣量增加后不利于氣液接觸，導致NO的吸收不夠充分。

四、超聲環(huán)境下進行實驗

按照上述在非超聲條件下進行的NO脫除實驗的條件，將吸收管置于超聲環(huán)境下進行重復實驗。

4.1、超聲功率的影響

將吸收液放在超聲發(fā)生器下，通過調(diào)節(jié)不同的功率，測定NO的脫除率。得到以下結(jié)果：隨著超聲功率的不斷加大，脫除率也不斷變大，功率大于5千瓦時，脫除率的增加幅度變小。這說明，超聲環(huán)境能夠促進NO在吸收液中的溶解，從而使吸收率增加，達到更好的脫除效果。并且可以得知，超聲功率越高，NO的脫除率越高。

4.2、進氣量對N O脫除率的影響

按照無超聲條件，在超聲環(huán)境下進行進氣量對NO的脫除率影響的實驗。實驗設定超聲功率為5千瓦。將超聲環(huán)境下得到的效果圖和非超聲條件下的效果圖合并，得到下圖：

由圖可知，在超聲環(huán)境下，NO的脫除率同樣隨著進氣量的增加而減少，但是均比非超聲環(huán)境下的脫除率要高。

通過上訴兩組試驗結(jié)果可以分析得出：超聲波能夠?qū)σ耗た刂七M行改善，促進吸收。超聲波能夠使氣泡崩潰，產(chǎn)生湍動效應以及沖擊波，這樣就可以減少NO向吸收液的傳遞的阻力，同時使氣液的接觸面積增大，促進了吸收液對NO的吸收。由試驗結(jié)果可以得出，在超聲環(huán)境下NO的脫除率比非超聲環(huán)境下高3.1%。

五、結(jié)語

本實驗設定非超聲環(huán)境下尿素對NO進行脫除的實驗為參照組，在相同實驗條件下，進行超聲環(huán)境下對NO脫除的實驗。從實驗可以得出:

(1)非超聲環(huán)境下,隨著NO初始含量的不斷升高，脫除率也不斷升高，當含量為3350毫克每立方米時，NO脫除率達到最高。隨后隨著濃度的不斷升高，脫除率降低;進氣量和脫除率成反比例函數(shù).

(2)超聲環(huán)境能夠促進NO在吸收液中的溶解,超聲功率越高，NO的脫除率越高。

(3)進氣量相同的情況下，超聲環(huán)境比非超聲環(huán)境條件下的脫除率高.

[1]王芳，李小露，余國賢等.超聲強化脫除模擬煙氣中NO的研究[J].江漢大學學報，2012,40（5）：121.

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