第十一章 气态污染物的催化净化
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吸收法净化气态污染物随着工业化和城市化的加速发展,气态污染物对于我们的生活环境带来了越来越严重的威胁。
气态污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等,它们对大气的质量产生了极大的影响。
为了净化空气中的气态污染物,一种常用的方法是通过吸收法进行处理。
吸收法是利用溶剂或吸附剂将气态污染物吸收到液体或固体中,从而达到净化的目的。
为了高效地净化气态污染物,我们需要选择合适的吸收剂,设计合理的吸收装置。
常见的吸收剂有水、乙醇、酸碱溶液等,而吸收装置则包括填充塔、膜分离装置等。
对于二氧化硫这类酸性气体,常用的吸收剂是碱性溶液,如氢氧化钠溶液。
氢氧化钠可与二氧化硫发生化学反应,生成硫酸钠溶液,从而从空气中净化出二氧化硫。
相似地,对于氮氧化物,我们可以选择氢氧化钠或氨水作为吸收剂,以碱性环境将氮氧化物吸收掉。
而对于挥发性有机物,我们可以选择活性炭等吸附剂,通过吸附作用将有机物吸附到其表面,达到净化的效果。
吸收法的工作原理是利用吸收剂的化学特性或物理特性与污染物发生作用,使其从气体相转变为液体相或固体相。
通过吸收法净化气态污染物,具有高效、安全、经济等优点。
吸收后的污染物可以进行合理的处理,如经过处理后的污染物可以作为原料进行再利用,从而实现资源的循环利用。
在实践中,吸收法净化气态污染物有很多应用。
其中,最典型的应用是烟气脱硫。
许多工业生产过程中,会产生大量的含硫烟气,这些烟气中的二氧化硫会对大气造成严重的污染。
通过吸收法,可以将二氧化硫吸收到碱性溶液中,从而净化烟气中的二氧化硫。
目前,烟气脱硫已成为工业界的主要技术之一。
此外,吸收法还可以用于处理工业废气、净化室内空气等。
工业废气中往往会含有各种有机物、酸性气体等,通过吸收法可以将这些污染物吸收掉,净化废气。
在室内环境中,常常会有甲醛、苯等有害气体释放,通过吸收法可以将这些有害气体吸收掉,保护人们的健康。
然而,吸收法也存在一些问题和挑战。
首先,吸收剂选择不当或吸收剂的成本过高会导致吸收法的成本增加。
5.1 净化气态污染物方法控制SO2 、NO x 碳氢化合物、氟化物等气态污染物的排放,主要的途径是净化工艺尾气。
目前常用的方法有吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。
5.1.1吸收法5.1.1.1吸收法的基本原理(1)吸收的概念利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程称作吸收(absorption)。
具有吸收作用的物质称为吸收剂(absorbent),被吸收的组分称为吸收质(absorbate)。
吸收操作得到的液体称为吸收液或溶液,剩余的气体称为吸收尾气根据吸收过程中发生化学反应与否,将吸收分为物理吸收和化学吸收。
物理吸收(physical absorption)是指在吸收过程中不发生明显的化学反应,单纯是被吸收组分溶于液体的过程,如用水吸收HCl气体。
化学吸收(chemical adsorption)是指吸收过程中发生明显化学反应,如用氢氧化钠溶液吸收SO2,用酸性溶液吸收NH3等气体。
吸收法净化气态污染物就是利用混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同,或与吸收剂中的组分发生选择性化学反应,从而将有害组分从气流中分离出来。
由于化学反应增大了吸收的传质系数和吸收推动力,加大了吸收速率,因此对于废气流量大、成分比较复杂、吸收组分浓度低的废气,大多采用化学吸收。
吸收法是分离、净化气体混合物最重要的方法之一,被广泛用于净化含SO2、NO x、HF、HCL等废气。
(2)吸收平衡假定某一个容器中盛有液体(图5-1),在液体上面有一定的气体空间,液体中溶解某种气体,达到平衡状态时,同一时间里溶解于液体中的气体分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数。
气体组分能溶于吸收剂中是吸收操作的必要条件。
溶解于吸收剂中的气体量不仅与气体、液体本身性质有关,而且还与液体温度及气体的分压有关。
在一定温度下,气体的分压越大,溶解于吸收剂中的气体量就越多。
亨利定律表明了气体中某种组分的分压与液体中含有该组分的浓度之间的平衡关系,用公式表示为PA=HXA式中 PA 物质A在气相中的平衡分压,H 亨利常数;XA 物质A在液相中的摩尔分数。
催化法净化气态污染物概述催化法是一种常用的净化气态污染物的方法,通过催化剂的作用,将污染物转化为无害的物质。
该方法在环保和工业领域得到广泛应用,具有高效、低成本和环保等优点。
催化法的原理催化法净化气态污染物的原理是利用催化剂对污染物进行氧化还原反应,将有害气态污染物转化为无害的气体或固体物质。
催化剂的选择和设计对反应效率和选择性有重要影响。
催化剂的分类•金属氧化物催化剂:如氧化铜、氧化锌等,常用于氧化反应。
•金属负载催化剂:将活性金属负载在载体上,如氧化铝、硅胶等。
•生物催化剂:利用微生物或酶类对污染物进行生物降解。
催化法的应用•汽车尾气处理:利用三元催化器将尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物转化为二氧化碳、氮气和水。
•工业废气处理:对含硫化氢、苯、甲醛等有机污染物的废气进行处理。
•燃煤废气净化:将燃煤产生的氮氧化物、二氧化硫等转化为无害气体。
催化法的优势•高效:催化反应速度快,能够高效转化污染物。
•环保:采用催化法净化气态污染物,可降低排放的有害物质,保护环境。
•经济:与其他净化方法相比,催化法成本较低,易于操作和维护。
催化法的挑战•催化剂失活:催化剂在长期使用中可能受到中毒、烧结等影响而失活,需要定期更换或再生。
•反应选择性:催化剂的选择和设计会影响反应的选择性,需要在优化设计中克服这一挑战。
•温度和压力控制:部分催化反应需要特定的温度和压力条件才能高效进行。
结论催化法净化气态污染物是一种高效、环保且经济的方法,广泛应用于汽车尾气处理、工业废气净化等领域。
在未来的研究中,应重点关注催化剂的设计和再生技术,以提高反应效率和选择性,实现更清洁的生产和排放。
第一章 概论1.2 根据我国的《环境空气质量标准》求SO 2、NO 2、CO 三种污染物二级标准日平均质量浓度限值的体积分数。
解:由表1—6查得三种污染物二级标准(日平均质量浓度)为: SO 2 NO 2 CO Cm(mg/m 3) 0.15 0.08 4.00 以SO 2为例计算体积分数 C v =3104.222-⨯⨯SO mM C 33104.22641015.0--⨯⨯⨯==0.053×10-6=0.053×10-4%同理得:SO 2 NO 2 CO 体积百分数(%) 0.053×10-4% 0.039×10-4% 3.20×10-4% 1.3 CCl 4气体和空气混合成体积百分数为1.5×10-2%的混合气体,在管道中流量为10m 3/s ,试确定。
(1)CCl 4在混合气体中的质量浓度C m (单位g/m 3)和浓度C m ′(单位mg/mol )。
(2)每天流经管道的CCl 4质量是多少kg 解:已知 1544=CCl M 1.5×10-2%=1.5×10-4(1)C m ′=334/03.1154104.22105.1m g =⨯⨯⨯--C m=1.5×10-4×154×10-3=2.31×10-5kg/mol(2)已知:1d=86400s每天流经管道的CCl4质量:1.03×10×10-3×86400=889.92kg/d1.4 成人每次吸入的空气量平均为500cm3,假如每分钟呼吸15次,空气颗粒物的质量浓度为200μg/m3。
试计算每小时沉积于肺泡上的颗粒物质量。
已知颗粒物在肺泡上的沉积系数为0.12。
解:成人每次吸入空气量:500cm3=5.0×10-4m3每小时吸入空气量:5.0×10-4m3×15×60=0.45m3/h每小时吸入颗粒物量:0.45×200=90μg/h沉积在肺泡上颗粒物量:90×0.12=10.8μg/h第二章燃烧与大气污染2.1 已知重油元素分析结果为:C:85.5% H:11.3% O:2.0% N:0.2% S:1.0% 试计算:⑴燃烧1kg重油所需的理论空气量和产生的理论烟气量;⑵干烟气中SO2的质量浓度和CO2的最大质量浓度;⑶当空气的过剩量为10%时,所需的空气量及产生的烟气量。