表面活性剂湿除黑烟的研究

论文摘要

中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,也是目前世界上为数不多的几个以煤炭作为基本能源的国家之一。煤炭不完全燃烧会产生黑烟,黑烟主要由亚微米级的颗粒（空气动力学直径小于10μm）构成,会对人体健康造成不利影响。本论文采用专利号为CN200420069314.9的专利技术伞形罩脱硫除尘洗涤器作为实验仪器,对黑烟发生装置模拟放出的烟气进行净化和去除实验研究,探讨了表面活性剂亲水亲油平衡值（HLB）、临界胶束浓度（CMC）、吉布斯自由能（△Gmf0）、不同复配比例等因素对黑烟去除效率（η）的影响。基于本研究中的实验数据,筛选了混合表面活性剂HLB、CMC和△Gmf0的计算公式。通过将数学模型结果与实验研究结果对比,验证了数学模型的可靠性,为使用表面活性剂去除黑烟的工业应用提供了依据。对取自湖南醴陵某燃煤陶瓷厂的黑烟颗粒进行表征测试,主要考察了黑烟颗粒的理化性质,并对颗粒物进行了能谱分析,为表面活性剂的筛选提供了依据。通过对除尘脱硫装置进行添加表面活性剂实验,考察了伞罩型除尘器对黑烟颗粒的去除性能,结果发现黑烟的去除效率与表面活性剂种类、不同配比和CMC关系较大。在入口风速uin=14m/s,液气比0.8L/m3,入口含尘浓度为3000mg/m3条件下,黑烟去除效率随着表面活性剂浓度的增大而增大,增长变化趋势是先急后缓。通过表面张力仪测得在常温下,AEO-9的CMC为1mmol/L; SDBS的CMC为1.5mmol/L; CTAB的CMC为9.5mmol/L; SDS的CMC为11mmol/L; OP-10的CMC为0.4mmol/L。将CMC的理论结果与实验结果进行比较,发现根据相关数学模型计算的CMC值随与实验值吻合较好,相对误差均小于10%,实验数据很好地验证了数学模型预测的结果。AEO-9、SDBS在浓度比为（1：0.5、1：1、1：1.5、1：2、1：10）时的CMC分别为0.15mmol/L、0.22mmol/L、0.24mmol/L.0.32mmol/L.0.65mmol/L。AEO-9、CTAB在浓度比为（1：0.5、1：1、1：1.5、1：2、1：10）时测其表面张力,他们的CMC分别为0.6mmol/L、1.0mmol/L、1.2mmol/L、1.3mmol/L、1.6mmol/L。SDBS、CTAB在浓度比为（1：0.5、1：1、1：1.5、1：2、1：10）时测其表面张力,他们的CMC分别为0.83mmol/L、0.94mmol/L、0.99mmol/L、1.05mmol/L、1.20mmol/L。复配溶液由AEO-9、SDBS、CTAB三种表面活性剂中的两种组成,在配比为1：1左右时除尘效率都比较好；在相同的配比浓度时,除黑烟效率由高到低依次为AEO-9—SDBS、SDBS—CTAB、AEO-9—CTAB.三种复配表面活性剂的HLB、CMC、η、△Gmf0之间的关系可用数学模型表示。AEO-9与SDBS存在对数关系和二次线性关系：HLB=-1.7631n（CMC）+9.2863,η=0.0008（△Gmf0）2-0.0283（△Gmf0）+1.2174；AEO-9与CTAB存在二次线性数学模型：HLB=-0.0907（CMC）2-0.0687（CMC）+12.636,η=-0.0017（△Gmf0）2+0.0669（△Gmf0）+0.3188；SDBS与CTAB有着相关性较好的数学模型：HLB=-0.0046（CMC）2+0.0132CMC+9.3616,η=-0.0122（△Gmf0）2+0.4313（△Gmf0）-2.835。根据HLB值来估算CMC值,再联系CMC与△Gmf0,就可预测用某种表面活性剂去除黑烟类颗粒物的效率,这对于开发适用于燃煤烟气中颗粒的净化或除尘脱硫一体化的表面活性类添加剂具有很大的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景/中国大气污染现状概述
• 1.2 我国燃煤污染现状及其主要污染物
• 1.2.1 我国燃煤污染现状
• 1.2.2 燃煤产生的主要污染物
• 1.3 黑烟的形成机理、产生条件与危害
• 1.3.1 黑烟产生机理
• 1.3.2 黑烟的产生条件
• 1.3.3 黑烟产生的危害
• 1.4 黑烟的净化技术现状
• 1.5 课题的来源及研究内容、目的与意义
• 第2章 黑烟的物化性质
• 2.1 实验仪器与设备
• 2.2 黑烟的物化实验与结果分析
• 2.2.1 黑烟的来源与外观
• 2.2.2 黑烟的能谱分析
• 2.2.3 黑烟的堆密度与真密度分析
• 2.2.4 黑烟的安息角分析
• 2.2.5 黑烟的比表面分析
• 2.2.6 黑烟的XRD分析
• 2.2.7 黑烟的电镜分析
• 2.2.8 黑烟的粒径分析
• 2.2.9 黑烟的FTIR分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 表面活性剂的性质与基础理论
• 3.1 表面活性剂的定义与种类
• 3.1.1 表面活性剂的定义
• 3.1.2 表面活性剂的种类
• 3.2 表面活性剂的性质与作用
• 3.2.1 表面活性剂的加溶作用
• 3.2.2 表面活性剂的润湿作用
• 3.2.3 表面活性剂的乳化作用
• 3.2.4 表面活性剂的泡沫性能
• 3.2.5 表面活性剂的亲水亲油性能
• 3.3 复配表面活性剂相互作用的基本理论
• 3.3.1 阴-阳离子表面活性剂混合体系的性质
• 3.3.2 非-阴离子表面活性剂混合体系的性质
• 3.3.3 非-阳离子表面活性剂混合体系的性质
• 3.4 本章小结
• 第4章 湿法除黑烟的实验研究
• 4.1 研究背景与实验用表面活性剂简介
• 10'>4.1.1 壬基酚聚氧乙烯醚NPE₁₀
• 12脂肪醇聚氧乙烯（9）醚A₁₂EO₉'>4.1.2 C₁₂脂肪醇聚氧乙烯（9）醚A₁₂EO₉
• 4.1.3 十六烷三甲基溴化铵CTAB
• 4.1.4 十二烷基苯磺酸钠LAS
• 12'>4.1.5 十二烷基硫酸钠K₁₂
• 4.2 单个表面活性剂CMC的测定
• 4.2.1 脂肪醇聚氧乙烯醚CMC的测定
• 4.2.2 十二烷基苯磺酸钠CMC的测定
• 4.2.3 十六烷基三甲基溴化铵CMC的测定
• 4.2.4 十二烷基磺酸钠CMC的测定
• 4.2.5 壬基酚聚氧乙烯醚CMC的测定
• 4.3 复配表面活性剂CMC的测定
• 4.3.1 AEO-9与SDBS复配溶液CMC的测定
• 4.3.2 AEO-9与CTAB复配溶液CMC的测定
• 4.3.3 SDBS与CTAB复配溶液CMC的测定
• 4.4 伞罩型除黑烟装置实验
• 4.4.1 单个表面活性剂除尘效率的测定
• 4.4.2 AEO-9与SDBS复配溶液除尘效率的测定
• 4.4.3 AEO-9与CTAB复配溶液除尘效率的测定
• 4.4.4 SDBS与CTAB复配溶液除尘效率的测定
• 4.5 本章小结
• 第5章 数学模型的筛选与除尘效率的模拟
• 5.1 概述
• 5.2 数学模型的筛选与建立
• 5.2.1 HLB数学模型的筛选
• 5.2.2 HLB与实测CMC的数学模型
• 5.2.3 CMC数学模型的筛选
• 5.2.4 吉布斯自由能的数学模型
• 5.3 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录