激光诱导击穿光谱技术应用于烟气中重金属元素的定性分析

论文摘要

工业燃烧排放的烟气中存在许多危害环境的污染物,其中重金属排放物具有极大的威胁性,对环境的污染日益严重。对烟气中有毒重金属含量的快速、准确测量,是科学评价其对环境污染的影响以及从源头控制重金属排放的根本技术依据。目前对各种重金属物质采用的测定方法不尽相同,传统的方法一般都通过采样、溶解、分离、富集、测定等步骤进行,操作手段复杂,而且难以实现多元素同时快速在线测量的目的。本文提出将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)用于烟气中重金属元素检测。该技术是近几十年兴起的一种新型原子发射光谱分析技术,因具有可远距离检测、多元素分析、原位测量等技术优势,在社会工业与生活的诸多领域体现了巨大的应用潜力。本文首先介绍激光诱导击穿光谱法的基本原理,评述光谱定量分析模型,阐明激光诱导击穿光谱技术用于分析烟气中重金属元素的优势以及存在的问题。详细描述实验工作中搭建的激光诱导击穿光谱实验系统。采用二氧化硅和三氧化二铝配制了模拟飞灰样品,通过实验选择合适的延迟时间和激光能量,进行飞灰样品定量分析。选用模拟飞灰样品中的主量元素Si和Al作为内标元素,定量分析样品中的微量重金属元素Cd和Pb,建立定标曲线,分析定量分析误差,计算各重金属元素检测限。实验结果表明:光谱定量分析准确度较高,相对误差均在10%以下;只含Pb的样品以及含Cd、Pb样品中Pb的检测限分别为37.53mg/kg和38.84mg/kg,只含Cd的样品以及含Cd、Pb样品中Cd的检测限分别为32.02 mg/kg和57.15 mg/kg。设计搭建了烟气检测模拟配置台架,对不同相的物质进行定性分析,检测气固两相的碳酸钙粉末流以及灭蚊片烟气中的主要元素,给出碳酸钙粉末流中Ca元素以及灭蚊片烟气中的H、O、K元素的光谱图。并采用另外一套实验台架检测燃煤烟气中的重金属元素Cr、Ti、Fe、Hg、Ni、Pb、Ba、Mn、Mo和Cd。最后,对全文进行了总结,并对LIBS技术用于烟气检测提出了展望,对进一步研究工作提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 烟气中重金属的测量技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究课题的提出
• 1.4 本文研究内容
• 2 激光诱导击穿光谱技术理论
• 2.1 激光诱导击穿光谱技术原理
• 2.2 激光诱导击穿光谱定量分析模型
• 2.3 激光诱导击穿光谱技术分析烟气中重金属的特点
• 2.4 本章小结
• 3 激光诱导击穿光谱用于烟气检测的实验平台
• 3.1 实验仪器
• 3.2 烟气模拟配置台架
• 3.3 同向收光光路搭建
• 3.4 同向收光光路调试
• 3.5 本章小结
• 4 模拟飞灰样品中重金属的定量分析
• 4.1 样品制备
• 4.2 模拟飞灰的定性分析
• 4.3 实验参数的选取
• 4.4 定标分析
• 4.5 重金属元素检测限分析
• 4.6 本章小结
• 5 LIBS 在线分析烟气的模拟实验
• 5.1 碳酸钙粉末流检测
• 5.2 灭蚊片燃烧烟气检测
• 5.3 燃煤烟气中重金属定性分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文