Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用

Fe²⁺/H₂O₂体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O₂^-·、·OH和HO₂·。本文实验研究了O₂^-·、·OH及HO₂·在Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O₂^-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO₂·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe²⁺/H₂O₂体系对NO气体的氧化能力, 但O₂的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO₂·参与NO的氧化, ·OH与HO₂·之间的快速反应是Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO过程中H₂O₂利用率低的主要原因。     

Fe2+/H2O2体系O2生成路径

掌握Fe²⁺/H₂O₂体系O₂的生成路径,可为避免H₂O₂无效分解,开发经济高效的Fe²⁺/H₂O₂体系利用技术指明方向。采用添加自由基捕获剂的方法,探究Fe²⁺/H₂O₂体系内各种自由基对O₂生成速率的影响,进而确定O₂的生成路径。结果表明:Fe²⁺/H₂O₂体系内不会产生大量O₂^-·,O₂^-·不是生成O₂的主要反应物质;O₂^-·被全部捕获后,体系中仍产生大量O₂^-·,但此时无O₂生成,证明生成O₂的反应由·OH和HO₂·两种自由基直接参与。分析认为反应·OH+HO₂·-H₂O+O₂是体系内O₂生成的主要路径。控制Fe²⁺/H₂O₂体系定向生成·OH,抑制HO₂·的产生,是提高Fe²⁺/H₂O₂体系中H₂O₂利用率的有效手段。     

不同尺寸反应器内H2O2热分解氧化NO特性与氧化产物分析

采用实验方法研究了不同尺寸滴管炉反应器内H₂O₂热分解氧化NO特性。对比了不同H₂O₂蒸发条件对NO氧化率的影响规律。分析了气体温度、H₂O₂溶液浓度、H₂O₂：NO摩尔比、NO初始浓度及气体流量对NO氧化率的影响。检测了氧化产物并分析了产物的生成路径。结果表明：H₂O₂的快速蒸发是其热分解氧化NO的前提。减小H₂O₂液滴尺寸或液膜厚度可加速H₂O₂蒸发与分解,提高NO氧化率,扩宽NO氧化的温度范围。保证蒸发速率可削弱H₂O₂浓度对NO氧化率的影响。当H₂O₂：NO < 10时,NO氧化率随H₂O₂：NO的增加而增加;当H₂O₂：NO>10时,NO氧化率几乎不随H₂O₂：NO变化。H₂O₂热分解对于较高浓度的NO具有更高的氧化效率。H₂O₂热分解氧化NO的主要产物为NO₂。HO₂·直接将NO氧化为NO₂,·OH则先将NO转化为HONO,然后进一步氧化为NO₂。     

Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系氧化NO主要活性物质及自由基无效消耗路径

H_2O_2利用率低是Fe(Ⅱ)/H_2O_2氧化体系应用的瓶颈,自由基无效消耗是H_2O_2利用率低的主要原因之一。本文以烟气中NO氧化为技术背景,实验研究了Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系内H_2O_2及各种自由基在氧化NO中的作用及自由基无效消耗路径。结果表明:H_2O_2直接氧化NO能力很弱;虽然·OH及HO2·均可以氧化NO,但·OH的氧化作用大于HO2·。氧化NO同时,绝大多数·OH及HO2·通过两者的快速复合反应而无效消耗,严重影响了H_2O_2利用率。因此,使用Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系降解污染物过程中,应尽量避免·OH及HO_2·两种自由基同时大量存在。     

Fe2+/H2O2体系降解MB机制及影响因素研究

以亚甲基蓝（MB）作为目标污染物，实验研究了Fe²⁺/H₂O₂体系降解MB的活性物质，明确了主要反应条件对MB降解的影响特性。结果表明：HO₂?没有直接降解MB的能力；Fe²⁺/H₂O₂体系对MB的降解能力主要来自于?OH；Fe²⁺/H₂O₂体系降解MB可分为快速反应阶段和匀速反应阶段。快速反应阶段的MB降解率随温度升高而下降。体系对MB降解能力随H₂O₂初始浓度增加呈现先升高后减弱的趋势，本实验条件下，最佳H₂O₂初始浓度为5 mmol·L^-1。体系对MB降解能力随Fe²⁺初始浓度的增加而单调增加。MB降解速率随MB初始浓度的增加而增加，但MB降解率随其初始浓度呈现先增大后减小的趋势。保证?OH生成速率及其有效利用是提高体系氧化能力及H₂O₂利用率的关键。     

添加剂改性Fenton体系中Fe2+再生过程及机制的对比

Fe²⁺的再生直接决定Fenton体系产生的能力。选取羟胺、对苯二酚、对苯醌、亚硫酸钠4种典型添加剂,通过分析不同改性Fenton体系中Fe²⁺浓度、H₂O₂浓度、氧化还原电极电位（ORP）,揭示了Fe²⁺再生机制的差异,并进一步分析了不同添加剂与体系中H₂O₂及·OH的反应情况。结果表明：NH₂OH能快速使Fe²⁺再生,但伴随其消耗,Fe²⁺浓度不断降低。对苯二酚、对苯醌具有相似效果,两者均可大大强化Fe²⁺的再生。与NH₂OH不同,两者在体系中可迅速建立醌循环,持续还原Fe³⁺,且以两种物质或其组合均可建立循环。与上述机理均不同,Na₂SO₃会先与·OH及H₂O₂反应,因而不能有效还原Fe³⁺。实验还发现添加剂均存在与·OH的反应,其中Na₂SO₃还会消耗H₂O₂。     

Si-FeOOH/H2O2类芬顿降解盐酸四环素废水的效能及其机理

采用碱沉法制备的Si-FeOOH作为非均相类芬顿催化剂,研究其催化降解盐酸四环素废水的效能,考察了催化剂投量、pH、过氧化氢加入量对盐酸四环素降解效能和反应速率的影响。实验结果表明:在催化剂投加量3.0 g·L^-1、H₂O₂投加量9.9 mmol·L^-1、pH为3、室温[(25±1)℃]的条件下,盐酸四环素降解率为90%,一级反应速率常数为0.0504 min^-1。与催化剂FeOOH相比,类芬顿催化剂Si-FeOOH性能更卓越。同时采用探针化合物正丁醇、苯醌,证明了Si-FeOOH /H₂O₂ 催化体系中的氧化活性种主要为羟基自由基(·OH)和超氧自由基(HO₂·), 并推测了其催化反应机理。     

抗坏血酸对Fe2+/H2O2体系氧化NO的促进作用

采用实验方法研究了低成本环境友好型添加剂抗坏血酸(AA)对Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体及其对体系内H₂O₂分解的影响,分析了AA对体系氧化NO能力及H₂O₂分解的影响机制。研究结果表明:AA通过加速Fe³⁺向Fe²⁺的转化而促进Fe²⁺/H₂O₂体系对NO的氧化。[AA]₀:[Fe²⁺]₀对体系氧化NO的能力及H₂O₂的分解具有重要影响。综合考虑NO氧化脱除量及H₂O₂消耗量,合理的[AA]₀:[Fe²⁺]₀为1/3~1/2。AA的分次添加方式可大幅度提升体系氧化NO气体的能力。研究结果可望为发展基于H₂O₂为氧化剂的烟气NO绿色氧化技术提供理论基础。     

H2O2/Fe2(MoO4)3体系中H2O2吸附分解及NO氧化行为的DFT研究

为阐明H₂O₂/Fe₂(MoO₄)₃体系脱硝过程中H₂O₂吸附分解及NO氧化行为，基于DFT方法首次计算了H₂O₂和NO分子单独及二者同时在Fe₂(MoO₄)₃表面的吸附构型，并通过考察吸附能、Mulliken电荷及氧化路径等特性揭示H₂O₂催化分解和NO氧化的微观机制。结果表明：H₂O₂在Fe₂(MoO₄)₃表面易分解为活性自由基，而NO则以分子形式吸附；H₂O₂和NO共吸附时，H₂O₂优先吸附于催化剂表面并随后分解，NO则分别被H₂O₂分解产...     

Cu/Al2O3催化剂用于H2O2分解生成羟基自由基的效率

非均相Fenton催化反应是降解废水中有机污染物的有效方法。提高H₂O₂分解生成羟基自由基（·OH）的利用率是提升废水处理效率、降低成本的关键。使用溶胶-凝胶法制备了Cu/Al₂O₃催化剂,基于·OH的生成效率,通过单因素实验发现反应温度、反应溶液pH及H₂O₂初始浓度是决定H₂O₂利用率的主要因素。通过响应面法进行实验设计,分析响应面方程,考察了H₂O₂初始浓度、溶液pH及反应温度三个因素之间的交互作用及其对反应过程的影响。以H₂O₂利用率的最大化为目标优化反应条件,当H₂O₂初始浓度、溶液pH及反应温度分别为707 mg·L^-1、5.12及59.4℃时,H₂O₂利用率可高达0.57,与实验结果相对误差仅为3.5%。所得结果对降低废水处理成本、提高降解效率具有重要的指导作用。     

不同物相TiO2对H2O2/O3氧化效能的影响

研究了不同物相TiO₂对H₂O₂/O₃氧化效能的影响,目标有机物为羟基自由基探针化合物乙酸。结果表明,在初始pH为7.0和10.0时,加入TiO₂反而降低了H₂O₂/O₃的氧化效率,其中锐钛矿TiO₂比金红石TiO₂的减弱作用更为明显。当初始pH为3.0时,金红石TiO₂能显著提高H₂O₂/O₃的氧化效率,但锐钛矿TiO₂影响不明显。机理分析表明,H₂O₂浓度及其衰减速率与乙酸的去除效率有很大的相关性。在pH为7.0和10.0时,两种物相TiO₂均能加快H₂O₂的分解,其中锐钛矿TiO₂作用更为显著。此条件下HO₂^-能有效引发臭氧分解产生羟基自由基,故H₂O₂过快分解反而降低了乙酸的去除效果。在pH为3.0时,H₂O₂去质子化反应困难,故O₃/H₂O₂氧化效率极低,H₂O₂浓度也几乎不变。加入TiO₂能明显提高H₂O₂的分解速率,相比金红石TiO₂,锐钛矿TiO₂使H₂O₂在5 min内基本分解完毕,但其对H₂O₂/O₃氧化效率几乎没有影响。饱和臭氧水分解速度的批处理实验也有相似的结果。由此可见,合适引发剂浓度可能是保证臭氧类高级氧化技术较高效率的关键,否则只会导致氧化剂的无效过快分解。利用氯化硝基四氮唑蓝法对比分析了酸性条件下H₂O₂/O₃、锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃和金红石TiO₂/H₂O₂/O₃体系产生超氧自由基(·O₂^-)的量,其大小顺序为:H₂O₂/O₃< 金红石TiO₂/H₂O₂/O₃< 锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃,这与前面结果吻合很好。     

无机相变材料CaCl2·6H2O的过冷特性

CaCl₂·6H₂O作为一种常见的常温无机水合盐相变材料,由于成本低、易获取、蓄热强而受到广泛的关注。按无水CaCl₂与H₂O的质量比为1.027：1制备了CaCl₂·6H₂O,经X射线衍射（XRD）表征其晶体结构;通过添加成核剂SrCl2·6H₂O和Ba（OH）₂对CaCl₂·6H₂O改性,发现两者的联合作用可抑制过冷,10次熔化-冷却循环平均过冷度1.07℃。采用差示扫描量热仪（DSC）测定CaCl₂·6H₂O添加成核剂前后相变潜热,发现潜热由223.54 J·g^-1降至160.41 J·g^-1;为了扩大CaCl₂·6H₂O相变温度的范围,通过添加质量分数分别为5%、10%、15%、20%和25%的MgCl₂·6H₂O,发现相变温度随MgCl₂·6H₂O质量分数的升高呈线性降低,但不宜超过20%;选取CaCl₂·6H₂O-20% MgCl₂·6H₂O二元共晶盐相变储热体系为改性目标,通过添加1% SrCl2·6H₂O和0.5% CMC,过冷度降至0.57℃,相变潜热为141.09 J·g^-1,低于单独组成盐CaCl₂·6H₂O的潜热223.54 J·g^-1和MgCl₂·6H₂O的潜热163.35 J·g^-1。研究表明,CaCl₂·6H₂O作为无机相变材料具有显著的应用价值。     

二乙烯三胺五亚甲基膦酸/Fenton体系氧化脱除NO

针对当前Fenton氧化法脱除燃煤烟气中NO的过程中H₂O₂大量无效分解生成氧气的缺点,本文采用二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)/Fenton系统进行氧化脱除NO的实验研究。结果表明：该系统在NO脱除效率为95.1%的情况下,H₂O₂无效分解占比降低至15.5%。DTPMPA浓度的增加抑制了H₂O₂无效分解,其浓度较低时促进NO脱除而浓度较高时抑制NO脱除;H₂O₂及Fe²⁺浓度的增加均对NO脱除及H₂O₂无效分解有一定的促进作用,但二者浓度过高时亦均对脱除NO有一定抑制作用;降低反应温度对NO脱除影响较小,但会削弱H₂O₂无效分解;SO₂对NO的脱除及H₂O₂无效分解影响甚小。电子自旋共振技术和淬灭剂添加实验结果表明：DTPMPA的...     

AlCl3·6H2O在盐酸体系中的结晶行为

研究了AlCl₃·6H₂O在盐酸体系中的结晶行为,考察了铁、钙、镁、钾、钠等杂质对AlCl₃·6H₂O结晶行为的影响,并利用聚焦光束反射测量技术（FBRM）和颗粒录影显微镜（PVM）探讨了不同盐酸滴加速度下AlCl₃·6H₂O的结晶粒度分布及形貌。结果表明,AlCl₃·6H₂O的结晶量随着盐酸加入量的增加而增加,当浓盐酸加入量为AlCl₃饱和溶液体积的2.25倍时,25℃时的结晶效率可达到80%。溶液中Fe的存在可促进AlCl₃·6H₂O的结晶,在1.5 mol·kg^-1的AlCl₃溶液中,当铝铁摩尔比低于3：1时,得到的AlCl₃·6H₂O晶体中铁的含量小于0.1%。钾、钙、镁、钠等杂质对AlCl₃·6H₂O的结晶影响不大。盐酸添加速度影响AlCl₃·6H₂O的形貌,快的盐酸添加速度易使晶体发生团聚,颗粒粒径小,盐酸添加速度较慢时,可得到颗粒较大、形貌好的单晶。     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。     

稻壳白炭黑负载Fe2O3的气相芬顿反应NO预氧化

以稻壳为硅源,采用直接煅烧法制备白炭黑,以其为载体,采用共浸渍法制备Fe₂O₃/SiO₂催化剂;并采用同样方法以商用二氧化硅为载体制备Fe₂O₃/C-SiO₂催化剂,将二者用于催化H₂O₂预氧化NO的实验。探究不同工况（负载量、催化温度、H₂O₂汽化温度、H₂O₂流量和水汽浓度）对NO预氧化的影响,并对催化剂进行表征,分析其物理化学性质对催化性能的影响。结果表明,在负载量为50%、催化温度为140℃、H₂O₂汽化温度为120℃、H₂O₂流量为2.5mL/h时,达到最佳工况,NO氧化度能达到73%;在相同实验条件下Fe₂O₃/SiO₂催化剂的预氧化效果要比Fe₂O₃/C-SiO₂催化剂高20%左右。TPR结果表明载体可以降低活性组分的还原温度,减少活性组分的团聚;催化剂的晶相结构稳定,机械强度及热稳定性良好;ESR和XPS结果显示Fe₂O₃/SiO₂催化剂的催化性能优于Fe₂O₃/C-SiO₂催化剂,能够更好地催化分解H₂O₂产生·OH。     

UV/H2O2氧化联合Ca(OH)2吸收同时脱硫脱硝

在小型紫外光-鼓泡床反应器中,对UV/H₂O₂氧化联合Ca(OH)₂吸收同时脱除燃煤烟气中NO与SO₂的主要影响因素[H₂O₂浓度、紫外光辐射强度、Ca(OH)₂浓度、NO浓度、溶液温度、烟气流量以及SO₂浓度]进行了考察。采用烟气分析仪和离子色谱仪分别对尾气中的NO₂和液相阴离子作了检测分析。结果显示:在本文所有实验条件下,SO₂均能实现完全脱除。随着H₂O₂浓度、紫外光辐射强度和Ca(OH)₂浓度的增加,NO的脱除效率均呈现先大幅度增加后轻微变化的趋势。NO脱除效率随烟气流量和NO浓度的增加均有大幅度下降。随着溶液温度和SO₂浓度的增加,NO脱除效率仅有微小的下降。离子色谱分析表明,反应产物主要是SO₄^2-和NO₃^-,同时有少量的NO₂^-产生。尾气中未能检测到有害气体NO₂。     

Fe2O3对V2O5-WO3/TiO2催化剂表面性质及其性能的影响

催化剂是选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响具有重要意义。采用等体积浸渍法制备了不同Fe/V质量比的Fe₂O₃-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,并进行表征,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响,并讨论Fe对于钒钛系SCR催化剂表面性质的影响。结果表明,随着催化剂表面Fe₂O₃含量增加,催化剂的脱硝效率及二氧化硫氧化率均是先上升后下降,当Fe/V质量比为3.0时,催化剂的脱硝效率和二氧化硫氧化率均达到最大值91.78%、1.01%。XPS及H₂-TPR结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面钒活性组分的相对含量及V⁴⁺/V⁵⁺比减小,催化剂表面吸附氧(O_α)浓度增加,催化剂的氧化能力增强。NO-TPD结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面吸附NO的能力增强。     

H2O2强化光催化处理苯胺化工废水的应用试验

研究者在苯胺模拟废水高级氧化处理方面开展了很多研究，但针对炼化企业苯胺装置废水含盐高、色度高、COD降解难等问题尚未开展工程应用。为解决苯胺生产废水的实际问题，本研究开展了TiO₂/UV-H₂O₂氧化降解苯胺废水（1~2m³/h）的现场试验研究。考察了苯胺废水在单独TiO₂/UV、单独H₂O₂氧化及TiO₂/UV-H₂O₂协同作用下的处理效果，提出了苯胺废水的最佳处理工艺方案，并进行了成本核算。结果表明，单独TiO₂/UV和单独H₂O₂氧化对苯胺废水的脱色率和COD去除率偏低，而TiO₂/UV-H₂O₂协同作用时苯胺废水脱色率和COD去除率可达95%以上。协同氧化体系中，H₂O₂的氧化降解作用显著，H₂O₂投加量1%~2%；酸性条件利于苯胺废水的降解，特别是pH=3.8~4.2时；TiO₂/UV和H₂O₂协同作用一段时间后，停止UV而凭借残余H₂O₂可以将体系中的中间产物继续降解直至矿化成CO₂。TiO₂/UV- H₂O₂协同处理炼化企业苯胺生产废水，出水COD≤60mg/L，色度≤20倍，单位能耗约18.44kW·h/m³，明显低于文献报道值，具有显著的技术性与经济性。     

微波热解制备g-Fe2O3催化剂及其SCR脱硝性能

以FeSO₄·7H₂O[Fe(NO₃)₃·9H₂O]为铁源,采用新型微波热解法制备γ-Fe₂O₃[a-Fe₂O₃]催化剂样品,通过XRD、N₂等温吸附-脱附、压汞法等实验手段对催化剂样品晶相、微观孔结构等进行表征;考察两种催化剂样品的NH₃-SCR脱硝性能,通过归一化处理得到两种催化剂在不同温度下的本征脱硝反应速率,同时对比研究了γ-Fe₂O₃与钒系催化剂的脱硝活性;研究氨氮比、氧浓度等运行参数对γ-Fe₂O₃催化剂NH₃-SCR脱硝性能的影响规律,并对其抗硫抗水性能进行考察.结果表明:采用新型微波热解法可得到纯度较高的γ-Fe₂O₃催化剂,其介孔分布合理且大孔数量丰富;同时γ-Fe₂O₃催化剂表现出优于a-Fe₂O₃催化剂的脱硝性能,400℃时最大NO_x转化率达到96%,300、325、350℃下单位面积脱硝速率达到a-Fe₂O₃催化剂的3倍左右;γ-Fe₂O₃催化剂具备优良的抗硫抗水性能,其最佳氨氮比为1、最佳氧体积分数为3.5%.