亞氯酸鈉溶液脫除Hg_0及傳質(zhì)_反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

1、中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué) 2010年 第40卷 第5期: 532 539 doi: 10.1007/s11431-010-0045-0中國科學(xué)雜志社SCIENCE CHINA PRESS亞氯酸鈉溶液脫除Hg 0及傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究趙毅*, 劉松濤, 要杰, 馬宵穎, 陳傳敏華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 保定 071003 * E-mail: zhaoyi9515收稿日期: 2009-05-22; 接受日期: 2009-09-21國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào): 2006CB200300-G資助項(xiàng)目摘要 以亞氯酸鈉(NaClO2 溶液為吸收劑, 利用鼓泡反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)研究了元素態(tài)

2、汞(Hg0的吸收行為. 系統(tǒng)地研究了NaClO 2溶液濃度、pH 值、反應(yīng)溫度、Hg 0濃度等主要參數(shù)對(duì)Hg 0脫除效率的影響, 確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 酸性NaClO 2溶液可實(shí)現(xiàn)72.91%的Hg 0脫除效率. 通過反應(yīng)后吸收液中Hg 2+含量分析和NaClO 2物種電極電位與Hg 2+/Hg0電極電位的比較, 揭示了酸性NaClO 2溶液脫除Hg 0的機(jī)理. 實(shí)驗(yàn)研究了NaClO 2溶液氧化Hg 0的傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 結(jié)果表明, 隨NaClO 2溶液濃度的增加和pH 的下降, 增強(qiáng)因子E 和K G (Hg0/k G (Hg0 比值增大, 液相傳質(zhì)阻力降低, 有利于傳質(zhì)吸收

3、反應(yīng). 反應(yīng)溫度升高隨然可改善增強(qiáng)因子E , 但K G (Hg0/k G (Hg0 比值下降, 液相傳質(zhì)阻力增加, 因此降低Hg 0脫除的反應(yīng)速度.關(guān)鍵詞 NaClO 2 Hg 0 吸收傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)由于汞的毒性、生物富集性以及在大氣中停留時(shí)間長, 燃煤汞排放控制問題受到廣泛關(guān)注, 美國和歐洲一些國家已經(jīng)制訂了汞的排放標(biāo)準(zhǔn)1,2. 另外, 國內(nèi)外進(jìn)行了大量利用現(xiàn)有煙氣污染控制設(shè)備同時(shí)脫汞技術(shù)的研究和實(shí)踐, 其中靜電除塵器噴入吸收劑技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較高脫汞效率3, 選擇性催化還原(SCR脫硝工藝可催化氧化元素態(tài)汞(Hg0, 提高汞的脫除效率4, 濕法煙氣脫硫裝置可吸收煙氣中80%90%的Hg 2+5

4、, 但由于元素汞Hg 0在水中的溶解度極低, 脫除效果不明顯6. 為了實(shí)現(xiàn)煙氣中Hg 0的脫除, 許多研究者采用在液相中加入氧化劑如K M n O 4, K 2S 2O 8, K2CrO 7, H2O 2, NaClO(或KClO, NaClO3(或KClO 3, NaClO4(或KClO 4 等710的方法, 促進(jìn)Hg 0向Hg 2+的轉(zhuǎn)化, 但研究結(jié)果表明, 上述方法均存在不同程度的缺陷. 本文在自行設(shè)計(jì)的小型鼓泡反應(yīng)器系統(tǒng)上, 經(jīng)對(duì)NaClO 2溶液、反應(yīng)溫度、溶液pH 值等實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化, 在最佳條件下, Hg0脫除效率達(dá)到72.91%. 通過反應(yīng)后吸收液中Hg 2+含量分析和NaCl

5、O 2物種電極電位與Hg 2+/Hg0電極電位的比較, 推斷出了Hg 0脫除反應(yīng)歷程. 同時(shí)還研究了NaClO 2溶液脫除Hg 0的傳質(zhì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 研究結(jié)果為工業(yè)化研究提供了理論依據(jù).1 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置見圖1. 氮?dú)夥謨陕吠ㄟ^轉(zhuǎn)子流量計(jì), 總流量為1000 mL/min, 其中一路流量為100 mL/min的部分氮?dú)馔ㄟ^U 形管, 作為載氣將汞滲透管揮發(fā)的汞蒸氣帶出; 另一路作為平衡氣體. 兩路氣體在混氣瓶混合后通入鼓泡反應(yīng)器, 吸收后的尾氣用吸收引用格式: Zhao Y, Liu S T, Yao J, et al. Removal of Hg0 with sodium

6、 chlorite solution and mass transfer reaction kinetics. Sci China Tech Sci, 2010, 53: 1258中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué) 2010年 第40卷 第5期 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置1, 載氣瓶; 2, 轉(zhuǎn)子流量計(jì); 3, U型管; 4, 汞滲透管; 5, 混氣瓶; 6, 鼓泡反應(yīng)器; 7, 恒溫水槽; 812, 三通閥; 13, H2SO 4-KMnO 4吸收液;14, 冰浴槽; 15, 廢氣吸收瓶瓶吸收取樣后用于Hg 0的濃度分析. 尾氣排空之前用高錳酸鉀溶液吸收凈化. 汞滲透管(美國VICI Metronics 公司 是汞蒸

7、氣的發(fā)生源, 其原理主要是利用滲透管內(nèi)氣態(tài)和液態(tài)兩相汞的動(dòng)態(tài)平衡, 汞蒸氣在某一溫度下以一定的滲透率滲透, 再被恒定流量的載氣(高純N 2 攜帶, 形成濃度穩(wěn)定的汞蒸氣. 1.2 實(shí)驗(yàn)方法將配置好的NaClO 2溶液加入鼓泡反應(yīng)器, 在串聯(lián)的吸收瓶中各放入50 mL的H 2SO 4-KMnO 4吸收溶液. 將閥門8, 10和12關(guān)閉, 打開閥門9和11, 調(diào)節(jié)氮?dú)饬髁亢秃銣厮囟? 穩(wěn)定2 h后, 關(guān)閉閥門11, 打開閥門12, 來自混氣瓶的氣體轉(zhuǎn)向吸收瓶后取樣, 分析測(cè)定樣品溶液中汞的含量, 即為反應(yīng)器入口汞濃度. 將閥門9和11關(guān)閉, 打開閥門8, 10和12, 反應(yīng)后的氣體進(jìn)入吸收瓶后

8、取樣, 此樣品中汞的含量即為反應(yīng)器出口汞濃度, 由此可以計(jì)算脫除效率.1.3 分析方法 汞濃度采用QM201熒光測(cè)汞儀(蘇州青安儀器公司 測(cè)定, 吸收瓶中的溶液在分析之前用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸羥胺溶液還原其中過量的KMnO 4, 移取5 mL吸收溶液至測(cè)汞儀反應(yīng)瓶內(nèi), 迅速加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SnCl 2, 產(chǎn)生的汞單質(zhì)由載氣帶入測(cè)汞儀的吸收池測(cè)定汞濃度.2 結(jié)果與討論2.1 NaClO2溶液濃度對(duì)脫汞效率的影響 圖2為在不同pH 條件下, Hg0的脫除效率隨NaClO 2溶液濃度變化的曲線, 從圖2中可以看出, Hg0的脫除效率隨著NaClO 2溶液的濃度的增大而增大, 這是由于

9、隨著NaClO 2濃度的增加, 離解的ClO 2及和其相關(guān)的有效成分的濃度也相應(yīng)增加, 從而提高了Hg 0的去脫除效率. 但脫除效率與NaClO 2溶液濃度不呈線性關(guān)系, 當(dāng)NaClO 2溶液濃度范圍為05 mmol/L時(shí), Hg0的脫除效率增加幅度較大, 大于5 mmol/L時(shí), Hg 0脫除效率增加緩慢, 這可能由于較高濃度減弱了NaClO 2的離解. 根據(jù)圖2, NaClO2溶液最佳濃度選為5 mmol/L左右.2.2 NaClO2溶液pH 對(duì)脫汞效率的影響圖3表示Hg 0脫除效率隨NaClO 2溶液pH 值變化的曲線, 從圖3中可以看出, 溶液pH 對(duì)Hg 0的脫圖2 NaClO2液濃

10、度對(duì)汞脫除效率的影響汞滲透管溫度, 333 K; 反應(yīng)溫度, 328 K; 吸收溶液體積, 250 mL; 氣體流量, 1 L/min圖3 NaClO2溶液pH 對(duì)脫汞效率的影響汞滲透管溫度, 333 K; 反應(yīng)溫度, 328 K; 吸收溶液體積, 250 mL;氣體流量, 1 L/min; NaClO2溶液濃度, 5 mmol/L533趙毅等: 亞氯酸鈉溶液脫除Hg 0及傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究除效率影響顯著, 隨著pH 值的升高, Hg0脫除效率大幅度下降. 主要原因是NaClO 2溶液在酸性條件下可分解出ClO 211, 且ClO 2在酸性條件下具有更強(qiáng)的氧化性, 從而有效地提高了脫汞效率1

11、2,13. 在堿性條件下, ClO2/Cl的氧化還原電位低于Hg 2+/Hg0的電勢(shì) (0.85 V, 表明堿性NaClO 2溶液不能氧化吸收Hg 0, 如圖3所示, pH為12時(shí)脫汞效率幾乎為零. 考慮工業(yè)化應(yīng)用設(shè)備腐蝕及經(jīng)濟(jì)性等原因, pH 選為5.0.(煙氣除塵、脫硫、脫硝 的不同, 燃煤煙氣中Hg 0的濃度差異較大, 為了檢驗(yàn)本方法的適應(yīng)性, 進(jìn)行了不同汞濃度下的脫除實(shí)驗(yàn)研究, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5.從圖5可以看出, Hg0脫除效率在入口汞濃度為540 g m3范圍內(nèi)變化基本不大, 說明該方法對(duì)煤種、燃燒方式和鍋爐采用的空氣污染治理設(shè)備的適應(yīng)性較強(qiáng).2.5 NaClO2溶液脫汞平行實(shí)驗(yàn)2.3

12、 反應(yīng)溫度對(duì)脫汞效率的影響通過實(shí)驗(yàn)得到NaClO 2溶液脫汞的最佳實(shí)驗(yàn)條件為: NaClO2溶液濃度, 5 mmol/L; 反應(yīng)溫度, 328 K; NaClO 2溶液pH, 5.0. 利用上述最佳實(shí)驗(yàn)條件, 在汞滲透管溫度為333 K時(shí)進(jìn)行了平行實(shí)驗(yàn), 其結(jié)果見表1.脫汞效率隨反應(yīng)溫度的變化見圖4. 從圖4可以看出, 無論酸性NaClO 2溶液還是堿性溶液, 反應(yīng)溫度對(duì)脫汞效率的影響均不明顯. 一般來說, 反應(yīng)溫度升高可加快化學(xué)反應(yīng)速率, 提高Hg 0脫除效率. 考察Hg 0在水中的溶解度發(fā)現(xiàn), 80時(shí)Hg 0溶解度系數(shù)為0.999×107 mol/(Pa L, 30時(shí)為8.639

13、×107 mol/(Pa L, 二者相差約9倍, 說明反應(yīng)溫度升高可降低Hg 0在溶液中的溶解度, 由此導(dǎo)致脫除效率降低. 圖4表明, 反應(yīng)溫度對(duì)Hg 0脫除效率的提高和下降的影響幾乎相抵消. 根據(jù)圖4, 反應(yīng)溫度選為328 K為宜.表1數(shù)據(jù)表明, 在最佳實(shí)驗(yàn)條件下, 脫汞效率最高值為74.10%, 最低值為71.19%, 平均值為72.91%, 樣本方差為1.07. 數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好, 精密度較高. 結(jié)果可為工業(yè)化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和借鑒.2.6 NaClO2溶液脫除Hg 0機(jī)理由NaClO 2性質(zhì)可知, NaClO2溶液不穩(wěn)定, 易發(fā)生分解反應(yīng), 并隨溶液的pH 值和反應(yīng)溫度變化,

14、生成ClO 2, ClO, ClO2, Cl和ClO 3等物種14. 表2給出2.4 入口汞濃度對(duì)脫汞效率的影響由于燃用煤種、燃燒方式和空氣污染治理設(shè)備 圖4 反應(yīng)溫度對(duì)脫汞效率的影響圖5 入口汞濃度變化對(duì)脫汞效率的影響汞滲透管溫度, 333 K; 吸收溶液體積, 250 mL; 氣體流量, 1 L/min; NaClO2溶液濃度, 5 mmol/L反應(yīng)溫度, 328 K; 吸收溶液體積, 250 mL;NaClO 2溶液濃度, 5 mmol/L; pH值, 5.0; 氣體流量, Q =1 L/min表1 平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果序號(hào) 1 2 3 4 5平均 方差效率 (%73.59 71.19 74.1

15、0 73.50 72.18 72.91 1.07534中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué) 2010年 第40卷 第5期表2 NaClO2物種及Hg 2+/Hg0的氧化還原電位ClO 2/Cl0.76 V ClO 2/ClO0.66 VClO 2/Cl(酸性1.570 V ClO 2/ClO(酸性1.645 V ClO 2/Cl (酸性1.511 VClO 2/ClO(酸性1.374 VHg 2+/Hg0 0.85 V了NaClO 2分解的相關(guān)物種及Hg 2+/Hg0的氧化還原電位, 可以看出, 酸性條件下, ClO2/Cl, ClO2/ClO, ClO 2/Cl和ClO 2/ClO的氧化還原電位明顯高于Hg

16、 2+/Hg0的氧化還原電位. 另外, 根據(jù)電離平衡, NaClO 2在酸性條件下可轉(zhuǎn)化為HClO 2, 它可分解產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的ClO 2. 由上述分析可知, Hg0脫除效率將強(qiáng)烈依賴溶液pH 的變化, 圖3證實(shí)了這一結(jié)論. 據(jù)Fábián等人15的研究, 反應(yīng)過程中有新的絡(luò)合物 HgClO 2+生成, 該物種在Hg 0氧化過程中也發(fā)揮了重要作用. 為了進(jìn)一步揭示反應(yīng)機(jī)理, 從鼓泡反應(yīng)器中取兩個(gè)平行樣品, 進(jìn)行了反應(yīng)后吸收液中Hg 2+含量的測(cè)定, 結(jié)果見表3.由表3可以看出, 反應(yīng)后大部分Hg 0已轉(zhuǎn)化為Hg 2+, 表明體系發(fā)生了氧化反應(yīng). 結(jié)合上述討論和產(chǎn)物分析,

17、并參考前人研究結(jié)果15, 酸性NaClO 2溶液脫除Hg 0的反應(yīng)歷程推測(cè)如下:(12ClO H HClO +22+223HgClO ClO Hg ClO Cl(II+ (20+2+2H 2g ClO H Hg ClO H O + (30+2+2H 2g ClO H Hg ClO H O 2+ (4 2+2H 2g ClO HgClO +(52+223HgClO ClO Hg ClO Cl(II+2 (6 (7 2ClO Cl(IIH ClO HOCl +2.7 傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為了進(jìn)一步驗(yàn)證NaClO 2溶液吸收Hg 0的特性,進(jìn)行了傳質(zhì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.2.7.1 傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定研究Hg 0溶

18、液吸收法脫除的氣液傳質(zhì)和非均相化學(xué)反應(yīng)問題, 需確定鼓泡反應(yīng)器的傳質(zhì)特性參數(shù), 如液相傳質(zhì)分系數(shù)k L 、氣相傳質(zhì)分系數(shù)k G 和比相界面積a . k L , k G 和a 的測(cè)定一般采用化學(xué)法, Hg0的物性參數(shù)如溶解度系數(shù), H 和擴(kuò)散系數(shù)D (Hg0H 2O 16,17可通過查表得到. 直接測(cè)定Hg 0液相吸收體系的傳質(zhì)分系數(shù)條件苛刻, 而利用CO 2體系測(cè)定傳質(zhì)分系數(shù)是一經(jīng)典的方法, 簡單且有很好的相關(guān)性. 因此, 本文先測(cè)定CO 2傳質(zhì)分系數(shù), 然后將測(cè)定的CO 2體系傳質(zhì)分系數(shù)換算成Hg 0液相吸收體系的傳質(zhì)分系數(shù).1 液相傳質(zhì)分系數(shù)和比相界面積的測(cè)定Danckwerts 標(biāo)繪方法

19、可分別求出液相傳質(zhì)分系數(shù)和比相界面積18. 本文在鼓泡反應(yīng)器中, 以Na 2AsO 2為催化劑, 以0.5 mol/L Na2CO 30.5 mol/L NaHCO3溶液吸收CO 2作為氣液傳質(zhì)-反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究體系. 利用實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù), 在不同氣量(Q 和溫度(T 條件下,進(jìn)行了Danckwerts 標(biāo)繪, 結(jié)果見圖6和圖7. 由斜率和截距可分別求得液相傳質(zhì)分系數(shù), k L (CO2 和比相界面積, a (CO2, 結(jié)果見表4.對(duì)k L (CO2 和a (CO2 進(jìn)行非線性回歸擬合, 得到k L (CO2 和a (CO2 分別與T 和Q 的函數(shù)關(guān)式: 21841.55ln (CO 0.505

20、ln 3.983, =+L k Q T(8 21045.15ln (CO 0.419ln 6.593. a Q T=+ (9 將CO 2體系傳質(zhì)分系數(shù)換算成Hg 0液相吸收體 表3 反應(yīng)后吸收溶液中Hg 2+含量a測(cè)定次數(shù) 1 2 3 4 5 6 樣品1 210 212 209 213 211 216 樣品2211 212 207 218 208 207a 入口Hg 0 濃度為200 g m3; 測(cè)定值濃度單位為g L1.535趙毅等: 亞氯酸鈉溶液脫除Hg 0及傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 圖6 氣量變化時(shí)液相傳質(zhì)分系數(shù)的Danckwerts 標(biāo)繪圖7 溫度變化時(shí)液相傳質(zhì)分系數(shù)的Danckwerts

21、 標(biāo)繪系的傳質(zhì)分系數(shù)的計(jì)算式19如下:0022(HgH O (Hg (CO m L L b D k k D =, (10 =00222(HgN (Hg (CO (CO mG G D k k D . (11 在鼓泡反應(yīng)器中, (10和(11式中?？扇 =120. 在Q =1 L/min, 0.6 L/min, T =298, 323 K條件下, 用(8和(9式計(jì)算出k L (CO2 和a (CO2. 并用(10式計(jì)算相應(yīng)條件下Hg 0的液相傳質(zhì)分系數(shù)k L (Hg0, 結(jié)果見 表5.2 氣相傳質(zhì)分系數(shù)確定氣相傳質(zhì)分系數(shù), 需要忽略液相傳質(zhì)阻力, 本文選0.020.06 mol/L NaOH溶液

22、吸收CO 2作為氣液傳質(zhì)-反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究體系. 利用實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),在不同氣量和溫度條件下, 進(jìn)行了Danckwerts 標(biāo)繪,結(jié)果見圖8和圖9.由直線截距求得k G (CO2, 結(jié)果見表6和表7.利用線性最小二乘法及Matlab 編程擬合表6和表7, 得出擬合公式為 lnk G (CO2=1.0948lnQ 7.3564ln 1T 43.2002. (12 在Q =1 L/min, 0.6 L/min, T =298, 323 K條件下, 用(12式計(jì)算出k G (CO2, 并用(11式計(jì)算了相應(yīng)條件下Hg 0的氣相傳質(zhì)分系數(shù)k G (Hg0, 結(jié)果見表 物性參數(shù)和傳質(zhì)參數(shù)匯總

23、Hg 0物性參數(shù)和傳質(zhì)參數(shù)見表9.表4 Danckwerts標(biāo)繪結(jié)果T (KQ (mL/mink L (CO2×105 (m/sa (CO2 (m1k L (CO2 a (CO2×103 (s1293 50 7.59 75.97 5.77 303 50 10.87 61.62 6.70 313 50 11.57 59.67 6.90 293 100 12.23 93.64 11.45 293 15013.57118.7516.11表5 Hg0液相傳質(zhì)分系數(shù)計(jì)算結(jié)果T (KQ (L/mink L (CO2×105 (m/sa (CO2 (m1k L (Hg0

24、5;105 (m/sa (Hg0 (m1298 1.0 41.065 242.34 33.941 242.34 328 1.0 72.268 175.84 67.191 175.84 328 0.655.836141.96 51.914141.96536中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué) 2010 年 第 40 卷 第5期 圖8 表6 溫度變化時(shí)氣相傳質(zhì)分系數(shù)的 Dankwerts 標(biāo)繪 圖9 表7 氣量變化時(shí)氣相傳質(zhì)分系數(shù)的 Danckwerts 標(biāo)繪 溫度改變時(shí) kG(CO2的 Danckwerts 標(biāo)繪 (0.05 L/min T (K 293 2 氣量改變時(shí) kG(CO2的 Danckwerts 標(biāo)

25、繪 (293 K Q (L/min kG(CO2×107 (mol/(m2 s Pa 0.05 0.558 0.10 1.113 0.15 1.801 303 0.641 313 0.762 kG(CO2×10 mol/(m s Pa 7 0.558 表8 CO2 和 Hg0 的 kG 計(jì)算結(jié)果 T (K 298 328 328 Q (L/min 1 1 0.6 kG(CO2×106(mol/(m2 s Pa 1.616 3.273 1.871 kG(Hg0×106(mol/(m2 s Pa 2.153 4.359 2.492 表9 Hg 0 的物性參數(shù)

26、和傳質(zhì)參數(shù) H (10 4 mol Pa 1 m 3 11.06 2.76 D(Hg 0 H 2 O (10 9 m 2 s 1 1.215 2.250 k L (Hg 0 (10 5 m s 1 33.941 67.191 k G (Hg 0 (10 6 mol m 2 s 1 Pa 1 2.153 4.359 A (m 1 242.34 175.84 T (K 298 328 2.7.3 吸收傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 利用測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究, 研究所用的計(jì)算公式如下. 1 Hg0 吸收速度 N: N = 10 5 Q in / ( 60 MaV , 中的分壓, Pa; T2

27、 為反應(yīng)液溫度, K. 3 反應(yīng)增強(qiáng)因子 E: E= N , k L ci (Hg0 cL (Hg0 ci (Hg0 = Hpi , pi = pG N / kG , 0 0 3 (16 (17 (18 (13 式中 Q 為氣體流量, L/min; M 為 Hg0 的相對(duì)分子量, 200.59; a為氣液比相界面積, 1/m; V為吸收溶液體積, mL. 2 氣相總傳質(zhì)系數(shù) KG: K G = N / pG p* , (14 pout ( Hg 0 T2 × × 22.4 × 10 4 × 1.013, (15 M 273 式中 KG 為氣相總傳質(zhì)系數(shù),

28、 mol/(m2 s Pa; PG 為 Hg0 在氣相中的分壓, Pa; p*為氣-液相平衡時(shí) Hg0 在氣相 pG = 式中 ci(Hg 為相界面處 Hg 的濃度, mol/m ; cL(Hg0 為液相中 Hg0 的摩爾濃度, mol/m3; H 為 Hg0 的溶解度 系數(shù), mol/(Pa m3; pi 為相界面處 Hg0 的分壓, Pa; kG(Hg0為(Hg0在 N2 中的氣相傳質(zhì)系數(shù), mol/(s m2 Pa; kL(Hg0為 Hg0 在水中的液相傳質(zhì)系數(shù), m/s. 由于吸收溶液中存在過量 NaClO2, 上述計(jì)算公 式中的 cL(Hg0和 p*(Hg0可視為零. 傳質(zhì)-反應(yīng)的計(jì)

29、算 結(jié)果見表 10. 537 趙毅等: 亞氯酸鈉溶液脫除 Hg0 及傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 表 10 T1 (K 323 323 323 323 323 333 333 333 333 吸收傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果 a T (K 298 298 328 328 328 328 328 328 328 in(Hg 0 (g m 3 12.15 12.71 12.15 11.30 12.43 21.43 20.86 20.32 21.15 (% 74.6 83.5 67.2 70.5 79.9 91.5 79.9 72.9 67.2 pH 4.33 4.33 6.04 4.33 4.33 2.99

30、4.33 5.36 6.04 N (1011mol m 2 s 1 1.243 1.455 1.543 1.505 1.877 3.706 3.15 2.799 2.686 E 1.02 2.03 1.65 1.95 3.41 12.11 3.41 2.20 1.65 (KG/kG×102 15.15 26.10 6.56 7.67 12.66 34.01 12.68 8.56 6.56 c (ClO 2 (mmol L 3 5 5 3 5 5 5 5 5 a T1 為滲透管溫度; 為脫除效率 由表 10 可知, 隨 NaClO 2 溶液濃度 c(NaClO2的 增加和降低, E 和

31、 KG(Hg0/kG(Hg0比值增大, 有利于 Hg0 脫除反應(yīng). 根據(jù)圖 3, 溶液 pH 對(duì) Hg0 脫除的影響 更為明顯, 這主要因?yàn)樵谒嵝詶l件下從吸收劑離解 出了氧化性更強(qiáng)的物種, ClO2 并提高了相關(guān)物種的氧 化還原電位. 隨 T 升高, E 增大, 說明反應(yīng)溫度升高有 利于化學(xué)反應(yīng). 但與此同時(shí), T 升高導(dǎo)致 KG(Hg0/ kG(Hg0比值下降, 液相阻力增加, 這有兩方面的原 因, 一是由于反應(yīng)溫度升高, 氣液比相界面積 a(Hg0 減小, 另外隨著溫度的升高, Hg0 溶解度系數(shù) H(Hg0 減小. 兩方面共同作用阻礙了傳質(zhì)過程. 3 結(jié)論 1 實(shí)驗(yàn)研究了吸收劑 NaCl

32、O2 溶液濃度、 值、 pH 入口汞濃度、 反應(yīng)溫度等主要參數(shù)對(duì) Hg0 脫除效率的 影響, 結(jié)果表明, 當(dāng) NaClO2 溶液濃度為 05 mmol/L 時(shí), Hg0 的脫除效率隨吸收劑濃度增加而明顯增加, 大于 5 mmol/L 時(shí), Hg0 的脫除效率增加緩慢. 吸收劑 pH 值對(duì)脫汞率影響顯著, 即隨 pH 值增加, 脫汞效率 顯著下降. 無論酸性 NaClO2 溶液還是堿性溶液溶液, 反應(yīng)溫度對(duì)脫汞效率的影響均不明顯. 入口汞濃度 對(duì) Hg0 脫除率效的影響不大. 確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件為: NaClO2 溶 液 濃 度 , 5 mmol/L; 反 應(yīng) 溫 度 , 328 K; NaCl

33、O 2 溶液 pH, 5.0. 在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了平行 脫除實(shí)驗(yàn), Hg0 脫除效率達(dá)到 72.91%, 為工業(yè)化應(yīng)用 研究提供了基礎(chǔ)和借鑒. 2 隨 NaClO2 溶液濃度的增加、pH 的下降, 增 強(qiáng)因子 E 和 KG(Hg0/kG(Hg0比值增大, 液相傳質(zhì)阻力 降低, 有利于傳質(zhì)吸收反應(yīng). 隨反應(yīng)溫度升高, 增強(qiáng) 因子 E 增大, 有利于脫除反應(yīng), 但 KG(Hg0/kG(Hg0比 值下降, 液相傳質(zhì)阻力增大, 降低了脫除反應(yīng)速度. 參考文獻(xiàn) 1 2 3 4 5 6 ODowd W J, Henry W P, Mark C F, et al. A technique to cont

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