1.1.2氮氧化物的危害
1.1.2.1 NOx对人体的危害
氮氧化物对人体肺部有刺激性,使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病。NO对血红蛋白的亲和力非常强,是氧的数十万倍,一旦NO进入血液中,就从氧化血红蛋白中将氧驱赶出来,与血红蛋白牢固地结合在一起[2]。
1.1.2.2 NOx对环境的危害
(1) NOx是形成酸雨的一个重要原因。氮氧化物易于与空气中的水结合,生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的主要成分。酸雨对人体健康、建筑设施和生态系统等都存在直接和潜在的危害。
(2) NOx与碳氢化物经紫外线照射发生反应形成有毒烟雾,即光化学烟雾。光化学烟雾有特殊性气,可刺激眼睛,伤害植被,并使大气能见度降低。
(3) NOx对臭氧层有破坏作用。当臭氧层被破坏时,平流层获得的热量减少,到达对流层和地球表面的太阳辐射增加,破坏了地表的辐射收支平衡,使全球气候变化[3]。
1.2氮氧化物的消除方法
氮氧化物是大气中的主要污染源之一,它的消除也是人们研究的热点。目前,NOx污染的主要防治方法是烟气脱硝。脱硝技术可分为干法和湿法两大类,根据处理气源的性质和要求的不同,干法和湿法脱硝技术又有许多不同的工艺过程[4]。具体可分为还原法、液体吸收法、吸附法、等离子体活化法等。本文主要介绍还原法脱除NOx。
1.2.1非选择性催化还原法
气源中的NO和NO2在催化剂的作用下,在一定温度下被还原剂(H2、CO、CH4及其他低碳氢化合物等)还原为N2,同时O2被还原生成H2O和CO2。在该反应中,还原剂能与NOx、O2都发生反应,没有选择性,且需要催化剂的作用,因此称之为非选择性催化还原反应。
1.2.2氨选择性催化还原(SCR)法
此法的原理为:在一定的条件下,使用适当的催化剂即氨作为催化反应的还原剂,使氮氧化物转化为氮气和水蒸气。反应如下:
6 NO +4 NH3 → 5 N2 + 6 H2O
6 NO2 +8 NH3 →7 N2 +12 H2O
这种方法比非选择性催化还原法好,其NOx脱除率可达80%~90%,在国外已有较多应用,但费用仍然很高,且不少装置排放气中NH3浓度可达(500~800) ×10-6,造成了二次污染[5]。
1.2.3炭还原法
该方法以炭为还原剂,将 NOx还原。当气源中O2含量较高时,虽然炭消耗量很大,但O2和NOx与炭的反应都是放热反应,消耗定量的炭所放出的热量与普通燃烧过程基本相同,这部分反应热量可以回收利用[6]。
1.2.4催化分解法
NO在催化剂存在下能发生如下分解反应[7]:
NO → 1/2 N2 + 1/2 O2
按此反应去除NO是一种理想的方法,它工艺简单、不产生二次污染。但此反应的活化能较高(364kJ/mol),需要合适的催化剂降低反应活化能,才能使反应顺利进行[8]。该方法的优点是氮氧化物无需储存,若将其运用于固体氧化物燃料电池,则不仅能实现NOx的脱除,还能作为清洁能源产电。
1.3固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC)是在20世纪80年代迅速发展起来的一种绿色能源技术,它将化学能无污染地转化成电能,属于第三代燃料电池。
1.3.1固体氧化物燃料电池的优点
SOFC在很多性能上表现出无可比拟的优越性:
(1) 它使用全固态组件结构,所以不存在电解液流失、泄露、电极腐蚀等问题;
(2) 它有较高的电流密度和功率密度,电效率可达50~85%;
(3) 它有较强的燃料选择性和适应性,Pt等贵金属作催化剂可以被烃类、氢气、天然气等直接取代,成本低; 镧镁掺杂BaMnO3钙钛矿阴极材料的合成及其在SOFC脱硝中的应用(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_70284.html