氮氧化物废气的处理

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文章出处：责任编辑：作者：人气：691发表时间：2015-11-23 08:34:00 摘要：氮氧化物是主要的大气污染物之一，本文介绍了含氮氧化物

废气的产生原因及处理方法。

前言 氮氧化物是指一系列由氮元索和氧元素组成的化合物 ,包括

有 N2O、NO、N2O3 、NO2、N2O4、N2O5，通常用分子式NOx 来统一表

示。大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在。 NOx的危害早已被人们所认

识到 ,主要体现在：

(1)氮氧化物对人体的危害很大,可直接导致人体的呼吸道损伤,而

且是一种致癌物。

(2)氮氧化物会使植物受损伤甚至死亡。

(3)在阳光的催化作用下,氮氧化物易与碳氢化物发生复杂的光化反

应产生光化学烟雾,导致严重的大气污染。

(4)氮氧化物会导致臭氧层的破坏。

(5)氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨川 。 以上

光化学烟雾、酸雨及臭氧问题,近年来有逐渐恶化的趋势,已经成为政府

及社会公众非常关心的问题。 氮氧化物的产生主要来自于两个方面:自

然界本身和人类活动。据统计,由自然界本身变化规律产生的NOx每年约

500×106t,人类活动产生的NOx每年约50×106t。从数据来看,虽然人类

活动产生的NOx较自然界本身产生的NOx少得多,但由于人类活动产生的

NOx往往比较集中,浓度较高,且大多在人类活动环境区域内,因而其危害

性更大。

人类活动产生的氮氧化物主要来源于两个方面:

(1)含氮化合物的燃烧;

(2)亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用。据美国环保局估

计,99%的NOx产生于含氮化合物的燃烧,如火力电厂煤燃烧产生的烟气、

汽车尾气等。在亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用过程中,由于

它们的还原分解,会放出大量的NOx,其局部浓度很高,处理困难,危害

大。

在含NOx废气中,对自然环境和人类生存危害最大的主要是NO和

NO2。NO为无色、无味、无臭气体,微溶于水,可溶于乙醇和硝酸,在空气

中可缓慢氧化为NO2,与氧化剂反应生成NO2,与还原剂反应生成N2。NO2

溶于水和硝酸,和水反应生成HNO3和HNO2,和碱及强碱弱酸盐反应生成硝

酸盐和亚硝酸盐,和还原剂反应还原为N2。

氮氧化物的来源：天然(5×108t/a)：自然界细菌分解土壤和海洋

中有机物而生成.人类活动(5×107t/a)： 1. 工业污染 主要是由于在工业生产过程中(特别是在石油化工企业)

燃烧化石燃料而产生的，它主要包括二部分：一是在工艺生产过程中排

放的泄漏的气体污染物，如化工厂及煤制气厂; 二是在工业生产用的各

种锅炉、窑炉排放的污染物;

2. 生活污染 主要是指城镇居民、机关和服务性行业，因做饭、取

暖、沐浴等生活需要，燃烧矿物质燃料而向大气排放的氮氧化合物等污

染物质，是大气污染的有害气体产生的主要来源之一

3. 交通污染 主要来自两个方面： • 一是汽车、火车、轮船和飞机

等交通工具在运动过程中排放的一氧化碳、氮氧化合物等; • 二是在原

料运输过程中.由于某些原料的泄漏及直接向空排放而造成的污染

氮氧化物的危害 1.腐蚀作用 氮氧化物遇到水或水蒸气后能生成一种

酸性物质，对绝大多数金属和有机物均产生腐蚀性破坏。它还会灼伤人

和其它活体组织，使活体组织中的水份遭到破坏，产生腐蚀性化学变

化。 2.对人体的毒害作用 它们和血液中的血色素结合，使血液缺氧，

引起中枢神经麻痹。吸入气管中会产生硝酸,破坏血液中血红蛋白，降

低血液输氧能力，造成严重缺氧。而且据研究发现，在二氧化氮污染区

内，人的呼吸机能下降，尤其氮氧化物中的二氧化氮可引起咳嗽和咽喉

痛，如果再加上二氧化硫的影响，会加重支气管炎、哮喘病和肺气肿，

这使得呼吸器官发病率增高。与碳氢化合物经太阳紫外线照射，会生成

一种有毒的气体叫光化学烟雾。这些光化学烟雾，能使人的眼睛红痛，

视力减弱，呼吸紧张，头痛，胸痛，全身麻痹，肺水肿，甚至死亡 3.

对植物的危害 一氧化氮不会引起植物叶片斑害，但能抑制植物的光合

作用。而植物叶片气孔吸收溶解二氧化氮，就会造成叶脉坏死，从而影

响植物的生长和发育，降低产量。如长期处于2—3ppm的高浓度下，就

会使植物产生急性受害 4.对环境的污染

活性炭对低浓度NOx有很高的吸附能力，其吸附能力超过分子筛和

硅胶。但缺点在于对NOx的吸附容量小且解析再生麻烦，活性炭在300℃

以上有自燃的可能，处理不又当会造成二次污染，故实际应用有困难。

l 硅胶吸附法： 以硅胶作为吸附剂先将NO氧化为再加以吸附，经过加

热可解吸附。当的浓度高于0.1%，NO的浓度高于l%一1.5%，效果良好，

但是如果气体含固体杂质时，就不宜用此方法，因为固体杂质会堵塞吸

附剂空隙而使吸附剂失去作用。 l 分子筛吸附法： 常用作吸附剂的分

子筛有氢型丝光沸石、氢型皂沸石等。以氢型丝光沸石为例，该物质对

NOx有较高的吸附能力，在有氧条件下，能够将NO氧化为加以吸附。利

用分子筛吸附技术来净化氮氧化合物是吸附法中最有前途的一种方法，

国外已有工业装置用予处理硝酸尾气 催化还原法 催化还原法处理的原

理是在催化剂存在的条件下，利用还原性物质将为无还原害气体。 l

非选择性催化还原法： 非选择性催化还原法，最早是利用铂族金属作

为主要成分的载体催化剂。通过加热反应脱除。此法早在1956年就被用于硝酸工厂尾气脱色，也就是用少量还原剂，使尾气中红棕色的还原成

无色的而放空。它并没有真正脱除NOx，只是看不到黄色而已。 l 氨选

择催化还原法： 这种方法具有更多的实际优点，技术成熟，工业化应

用多。该方法所用催化剂可以是铂族，也可以是非铂族的载体催化剂。

反应温度比非选择催化还原低，还原剂氮只与NO反应，不与尾气中的氧

气反应，这样可节省大量的氨 l 金属碳基催化剂催化还原法： 该方法

是目前国内较先进的一种以活性炭为载体，碱金属为催化剂，在不太高

的燃烧温度下彻底治理的方法。此方法在航天发射场已得到应用，处理效果好。 液体吸收法 l NaOH溶液吸收法： 反应方程式：

该法主要用于处理硝酸生产尾气、硝化反应尾气以及使用硝酸处理

金属产生的废气。这类废气中浓度一般在1000—5000PPm之间，有时更

高，但排放量并不大 l 尿素一硝酸溶液吸收法：我国某航大发射中心

对于加注系统及库房产生的氮氧化物废气，就是采用这种方法处理的。

该处理系统经多年使用证明，其处理氮氧化物的效率高，性能稳定。水

一硫酸亚铁两段吸收法：氮氧化物废气常采用水吸收处理。由于水吸收

NO的效率很低，而FeS04对NO具有很高的吸收率，生成不稳定的络合物

其反应方程式：

Fe—EDTA—S032一络合吸收法 固定燃烧装置排放烟道气中的氮氧

化物，90%以上的是NO，若用溶液吸收，必须使NO氧化为，吸收效果才

好。而用Fe—EDTA络合物吸收NO，则可直接与NO络合，在还原剂存在的

条件下，NO被还原成、或达到去除的目的。该方法在国内尚未有报道，

国外也仅见日本用于中试装置。 我国现有氮氧化物的处理技术 目前,

近些年发展起来的处理氮氧化物废气的方法主要有电子束照射法，光催

化氧化法，生化法，低温等离子体技术，液膜法。

2.1电子束照射法 电子束照射法的原理是在烟气中加入少量氨气、

水蒸气或甲烷气 ,再利用电子加速器产生的高能电子流 ,直接照射待处

理的气体 ,通过高能电子与气体中的氧分子及水分子碰撞 ,使之离解、

电离 ,形成非平衡等离子体 ,其中所产生的大量活性粒子 (如 OH、O和

HO2等 )与污染物进行反应 ,使之氧化去除。 高能电子产生等离子体工艺是工业烟气中去除 NOx的有效方法之一。其优点是不产生废水,回收

副产物 NH4NO3 可作氮肥加以利用 ,能同时脱除 SO2和 NOx ,且具有较

高的脱除率。 结合化学方法和等离子体方法的优点 ,有研究采用了一

种在等离子体发射场中加催化剂的方法 ,来研究催化剂、 等离子体共

同作用下烟气中NOx的脱除情况。该领域已开发了一批适用于脱氮过程

的催化剂 ,如 Ti O2、 Al 2O3颗粒催化剂、Al 2O3负载贵金属型催化

剂和分子筛催化剂等。近年来有人提出了用高压脉冲电源代替电子加速

器的脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝技术 ,陈伟华等研究了利用脉冲放

电等离子体装置 ,在添加丙烯作催化剂下的脱硫脱硝效果。

2.2光催化氧化法 半导体光催化技术是近 3 O年发展起来的新型节

能绿色环保技术， 目前研究过的光催化剂有 TiO2、ZnO、CdS、CuO、

WO3、SnO2 等，在众多的光催化剂中,二氧化钛以其化学性能稳定、反

应条件温和、催化性能优良、安全无毒副作用、无二次污染等优点而被

广泛使用。自从 I b u s u k i 首次报道了将二氧化钛应用于N O 的

催化净化，这方面的研究很多， 邱星林等研制的含纳米级Ti O2的光催

化环保涂料，在太阳光作用下，NO几乎全部被降解。 关于 TiO2 的光

催化机理一般认为：在波长小于380 n m光的照射下，TiO2 的价带电子

会被激发到导带形成电子一空穴对 ，电子一空穴对迁移到半导体颗粒

表面，被表面物种捕获.光激导带电子与吸附在催化剂表面的O2结合形

成·O2- HO2 · O-等活性自由基;空穴与吸附在 表面的水或覆盖在催

化剂颗粒表层的羟基反应也能形成·O H自由基。 NO的起始浓度、气体

停留时间、 反应温度、 紫外光强度等因素对 NO的分解率有影响。

·OH和 HO· 等自由基对NOx 的氧化起着非常重要的作用。

O2是半导体导带光致电子的俘获剂，可有效地阻止电子与空穴的复

合，同时O2通过俘获电产生的各种活性自由基， 在光催化过程中具有

一定的促进作用。 英国千禧化学公司最近研制出一种能协助清除NO的

生态漆，其主要成分为Ti O2和CaCO微粒。Ti O2 微粒吸收太阳光中的

紫外线将 NO 气体转化成硝酸，再利用 CaCO 于以中和。释放出的

CO2、水和硝酸钙等副产物将被雨水等冲刷掉，NO去除率可达60 %。 针

对纳米催化剂存在易失活、 易团聚等问题。 采用将纳米二氧化钛固定

在分子筛上的办法。既能提高催化剂的分散度也可以延长催化剂的使用

寿命。并且分子筛对NO 具有一定的吸附作用，可以提高催化效率，通

过对分子筛进行改性，可以提高其选择性，使NO 最大限度地分解为N2

和O2 。

2.3 生化法 生化法是近10多年才发展起来的一种处理方法,因它是

模仿自然界的自然净化过程而建立起来的一种处理方法,具有流程短,投

资少,运行费用低,管理简便等特点而具有极大的发展潜力,已受到越来

越多研究人员的重视。 含NOx废气生化法处理的基本原理是气相中的

NOx如NO和NO2首先通过溶解或吸附等传质过程转移至液相,如NO2通过形