水、稀硝酸及离子液体对NO2吸收过程研究

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本课题在双釜平衡吸收系统中开展水、稀硝酸及离子液体对氮氧化物的反应吸收过程研究,考察和分析了氮氧化物吸收过程中温度、压强、吸收剂用量和浓度的变化对于吸收过程的具体影响,探索水、稀硝酸、离子液体等对NOx的吸收机理,建立了计算吸收氮氧化物的数学模型。  本文首先在双釜平衡吸收装置中用恒定容积法研究了水和稀硝酸对二氧化氮的吸收性能。分别从吸收剂用量、吸收剂浓度和气相NO2压力三个方面研究了水和稀硝酸吸收NO2的性能。实验发现:①采用纯水为吸收剂时,吸收剂用量对吸收效果影响较小,而采用稀硝酸为吸收剂时,增加用量对提高NO2的吸收效率影响显著;②增加稀硝酸浓度,能显著提高NO2的吸收效果,稀硝酸浓度的增加一方面能提高NO的溶解度,另一方面氧化性增强,有助于将NO氧化为NO2再吸收;③增加气相NO2的压力,有利于提高吸收效率,在较低浓度的稀硝酸中效果更显著。在实验结果基础上,我们对水吸收NO2的微观传质机理及这一过程的动力学进行了详细探讨。研究发现气相中的NO2和N2O4分别通过气膜和液膜向液相扩散,以及液相中的NO2和N2O4与水作用生成HNO3和HNO2这两个过程是影响NO2吸收性能最主要的因素。该研究初步探明了水和稀硝酸对二氧化氮的吸收性能,所取得的实验结果为水和稀硝酸吸收二氧化氮机理的深入探索和研究奠定了基础,为日后的工业应用模拟提供了重要的实验依据。本研究还建立了适合于氮氧化物废气治理的吸收流程,给氮氧化物废气回收硝酸的吸收设计提供了重要的实际指导。  此外,还利用双釜装置测定了[EMIM]OTF、[BMIM]OTF和[HMIM]OTF三种功能性离子液体在不同质量、温度和压力下对NO2的吸收性能,并测定了NO2在三种离子液体中溶解后的紫外、红外图谱,得出以下结论:①NO2在[EMIM]OTF中以单分子NO2和双分子N2O4的形式存在,而在[BMIM]OTF和[HMIM]OTF中则主要以双分子N2O4的形式存在;②[EMIM]OTF、[BMIM]OTF和[HMIM]OTF三种离子液体对NO2吸收速率快,并且被固定的气体分子能够稳定存在于吸收液中;③实验发现离子液体吸收NO2是一个可逆过程。通过吸收-解吸实验,发现首次吸收的NO2分子解吸后在离子液体中留下了空间痕迹并撑大了离子液体的分子空腔,导致第二次NO2的吸收量增加,该现象首次报道,称之为分子印迹效应。分子印迹效应作用后,一部分的NO2分子被牢牢地固定在离子液体中,无法通过简单的真空条件释放出来,因此,这部分NO2分子无法被新的可逆吸收过程中的NO2分子所替代,导致第三次吸收NO2的量降低,但最终的吸收量始终比第一次没有分子印迹效应存在时大,第四次吸收量与第三次相当,吸收达到平衡,可逆吸收量将保持稳定。  最后,通过探讨以上三种离子液体对NO2吸收过程的影响,进一步分析了离子液体对NO2可能存在的吸收机理。该研究中,发现了分子印迹效应这一新现象,并成功地首次将离子液体用于氮氧化物的吸收,分析出可能存在的吸收机理。  
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