湿式镁法脱硫工艺中亚硫酸镁氧化反应的调控机制研究

氧化镁法脱硫是一种新型的烟气脱硫工艺，很适合我国量大、面广、负荷小的工业锅炉烟气治理。但由于对亚硫酸镁的氧化反应调控存在技术壁垒，至今脱硫副产物未实现经济、高效回收。本课题拟运用动力学研究方法，制备并筛选高效、廉价、低毒性的添加剂（包括催化剂和抑制剂）体系；研究亚硫酸镁氧化的本征反应动力学，得到各反应物的分级数(包括亚硫酸根、溶解氧、添加剂)和表观活化能，并通过构建本征反应动力学模型，对本征反应过程机理进行推断；探索pH、亚硫酸镁浓度、空气流量、添加剂浓度和温度等因素对反应速率的影响及作用机制，并通过构建宏观反应动力学模型，对亚硫酸镁氧化的宏观反应机理进行推断；将本征反应和宏观反应的过程耦合，揭示亚硫酸镁氧化反应的调控机制，并形成适合实际镁法烟气脱硫的最佳氧化工艺方案。上述研究结果可为实现镁法脱硫副产物的资源化利用提供科学依据。

氧化镁法脱硫是一种新型的烟气脱硫工艺，很适合我国量大、面广、负荷小的工业锅炉烟气治理。但由于对亚硫酸镁氧化的催化反应动力学促进机制尚不明晰，导致实际调控过程存在应用技术瓶颈，镁法脱硫副产物难以实现经济、高效回收。.本课题运用动力学研究方法，制备并筛选高效、廉价、低毒性的添加剂（包括催化剂和抑制剂）体系；研究亚硫酸镁氧化的本征反应动力学，得到各反应物的分级数(包括亚硫酸根、溶解氧、添加剂)和表观活化能，并通过构建本征反应动力学模型，对本征反应过程机理进行推断；探索pH、亚硫酸镁浓度、空气流量、添加剂浓度和温度等因素对反应速率的影响及作用机制，并通过构建宏观反应动力学模型，对亚硫酸镁氧化的宏观反应机理进行推断；将本征反应和宏观反应的过程耦合，揭示亚硫酸镁氧化反应的调控机制，并形成适合实际镁法烟气脱硫的最佳氧化工艺方案。.通过对上述内容的研究，我们发现亚硫酸镁氧化的动力学特征与常见的钙法脱硫工艺有显著差别，且不同种催化剂（或抑制剂）对亚硫酸盐氧化的促进作用具有选择性特点，例如锰离子对于亚硫酸钙的氧化具有显著的催化作用，但其对亚硫酸镁氧化的催化作用却并不明显；类似地，在抑制亚硫酸盐氧化的反应体系中，茶多酚可大大延缓亚硫酸镁的氧化速率，但其在亚硫酸钙氧化体系中却显得“默默无闻”。我们利用晶体场理论、离子极化理论、电子轨道理论和空间占位假说，阐明了该过程的反应机理。同时以亚硫酸镁为代表，揭示了钴离子催化亚硫酸镁的反应动力学机制。标志性研究论文发表于SCI一区期刊“Environ Sci Technol”、“ J Hazard Mater”和二区期刊“Appl Catal A”，并获国家发明专利授权3项。以此发现为基础，根据不同种亚硫酸盐氧化反应的特点，创造性地将过渡金属催化剂选负载于多孔材料表面，制备出具有高选择性催化作用的固相催化剂，形成了多相催化的调控技术方案，从而将亚硫酸盐氧化反应由均相催化发展到多相催化阶段，突破了亚硫酸盐氧化应用中催化剂使用的技术瓶颈，具有很好的应用前景。研究结果可为实现镁法脱硫副产物的资源化利用提供理论和技术基础。.项目成果包括省科技进步二等奖1项；发表研究论文10篇，SCI收录7篇，其中包括一区期刊2篇、二区期刊3篇；申请发明专利10项，其中国际发明专利2项,获国家发明专利授权6项；获教育部新世纪优秀人才计划资助1项，河北省杰出青年基金资助1项。