《煙氣中單質汞的等離子放電協同光催化氧化特性研究》是依託南京師範大學，由楊宏旻擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：煙氣中單質汞的等離子放電協同光催化氧化特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊宏旻
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對常規煙氣淨化裝置對煙氣中單質汞脫除效率低的問題，提出了一種有效增強煙氣中單質汞氧化的新思路。擬探索利用低溫電漿放電與納米光催化技術協同促進單質汞的氧化特性，深入揭示在等離子場及光催化協同作用條件下，強氧化性高能粒子、活性自由基團與複雜煙氣氛圍中單質汞相互作用的反應動力學機理，實驗驗證燃煤模擬煙氣中單質汞的光電協同增強催化氧化的可行性。創新性表現在：將低溫電漿放電與納米光催化技術有機結合，一方面利用通過介質阻擋放電產生的氧化性極強的自由基、原子氧和臭氧等對單質汞實現一次氧化；同時利用溶膠-凝膠法將納米尺度的光催化劑有效負載於介質表面，形成一體式反應腔體；光催化劑在電漿放電產生的近紫外光波輻照下所生成的氧化能力極強的羥基自由基、光生電子與單質汞發生二次氧化反應。通過本項目的研究，為實現高效、低能耗光電協同增強催化氧化煙氣中單質汞的新技術奠定堅實的理論基礎。
結題摘要
探索一種能夠有效增強煙氣中單質汞氧化的新方法是提高燃煤煙氣汞脫除效率的關鍵環節，針對此問題本項目提出了利用低溫電漿放電與納米光催化技術協同促進單質汞氧化的新思路，開發模擬煙氣單質汞催化氧化的實驗裝置，實驗驗證燃煤模擬煙氣中單質汞的光電協同增強催化氧化的有效性和可行性，並通過數值模擬方法，揭示等離子場及光催化協同作用條件下，強氧化性活性自由基團、複雜煙氣氛圍中多污染物與單質汞相互作用的反應動力學機理。 主要取得了以下的進展： 1、獲得了O2/N2/Hg、H2O/N2/Hg、CO2/N2/O2/Hg、HCl/N2/CO2/O2/H2O/Hg複雜煙氣條件下低溫電漿對單質汞氧化特性；2、開展了納米級光催化材料及Cu基催化材料的製備及微觀特性表征，獲得了低溫電漿與光催化劑協同作用下，催化劑、光照強度、煙氣中水蒸氣濃度及電源電壓等對脫除汞效率的影響規律；3、對脈衝介質阻擋放電電漿條件下N2/NO/O2體系及H2O/Cl2/HCl/ SO2/NO/O2/N2/Hg體系中單質汞及氮氧化物的淨化過程開展了反應動力學機理研究。提出了包含電子撞擊下N2/O2/H2O離解反應在內的反應動力學機理，並採用高能物理中的碰撞反應截面方法求解出離解反應的速率常數；獲得了脈衝介質阻擋放電作用下O、N、O(1D)、OH及O3等活性基團的生成過程，探討了電漿電源脈衝頻率、脈衝寬度、納秒級上升沿時間、煙氣初始組分濃度以及反應器溫度等運行參數對單質汞及氮氧化物淨化效率的影響；4、利用CHEMKIN與FLUENT軟體耦合預測煙道中氣相汞氧化過程，結合敏感性分析方法簡化了汞氧化化反應機理，對不同煙氣成分條件下汞的氧化進行了數值計算，獲得了汞在三維圓柱煙道內的濃度分布以及溫度對汞氧化的影響規律。 研究成果創新點： 1、利用通過介質阻擋放電產生的氧化性極強的自由基、原子氧和臭氧等對單質汞實現一次氧化；同時利用溶膠-凝膠法將納米尺度的光催化劑有效負載於介質表面，形成一體式反應腔體；光催化劑在電漿放電產生的近紫外光波輻照下所生成的氧化能力極強的羥基自由基、光生電子與單質汞發生二次氧化反應。 2、均相條件下汞氧化的化學動力學耦合流體動力學數值模擬的研究，從理論層面深入揭示了在介質阻擋放電及光催化協同作用條件下，強氧化性高能粒子、活性自由基團與複雜煙氣氛圍中單質汞相互作用的反應動力學機理。
