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SO3紫外分光光度测试方法探究*

更新时间:2009-03-28

0 引言

在燃煤电厂运行过程中,常会有少量三氧化硫(SO3)气体形成,尽管排放量很少,但其极易与水蒸气结合形成硫酸,对设备造成腐蚀。烟气中的SO3主要生成途径为二氧化硫 (SO2)由于过量氧气氛围和锅炉高温被进一步氧化,包括燃烧中高温氧化和选择性催化还原法 (SCR)中脱硝催化剂的氧化。在SCR中使用的催化剂在一定程度上会使烟气中SO3的浓度升高。随着SO3的浓度升高,酸露点也升高,则越容易对空气预热器和尾部烟道造成腐蚀 [1]。随着湿法脱硫后环境温度的降低和湿度的增大,SO3极其容易转化为硫酸雾滴,对电厂设备造成严重的腐蚀 [2-3]

SO3形成因素十分复杂,包括锅炉运行状态、燃料硫含量、燃料的种类、过量空气系数、脱硝设备的运行状态、石灰石添加剂量等等 [4-5]。相比于SO2的含量,烟气中SO3的含量很少,易受到SO2的干扰,造成定量检测误差,且SO3化学性质活泼,容易与水蒸气发生反应,因此烟气中SO3的定量检测较困难,其检测方法主要有直接法和间接法两种。间接法是测量烟气中的SO3含量的传统方法。间接法检测SO3含量是将SO3转化为硫酸根(SO42-)样品溶液后,通过分析SO42-的含量来间接测定SO3含量,包括采样和SO42-分析过程,其中SO42-的分析方法分为称重法和离子色谱法。直接法主要采用光谱法,包括量子级联激光检测法以及傅里叶红外光谱法 [6]

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·学位论文[序号]作者.题名[D].学位授予单位所在城市名:学位授予单位,授予年份.数字对象唯一标识符

在1988年,针对燃烧设备中排出的SO2与SO3混合气体浓度定量测定,国际标准组织采用80% (质量分数,下同)异丙醇吸收采样,并使用高氯酸钡-钍试剂法测定。1996年美国环保所提出方法METHOD 8A,其烟气采样方法则采用冷凝法。我国电力行业标准附录中SO3的测试方法与美国METHOD 8A法类似,利用温水浴使烟气中硫酸蒸汽冷凝形成酸露来进行测定。这两种方法的采样方式不同,最终均使用高氯酸钡-钍滴定法测定SO3 浓度 [7]

在每支比色管中均加入1 mL Ba(ClO42使用液,然后分别依次加入0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0,1.2,1.3,1.5 mL的SO42-标准使用液,摇匀后每支比色管中都加入0.15 mL钍试剂,然后用80%异丙醇定容至刻度线,配制成标准色列。以80%异丙醇为参比,使用10 cm玻璃比色皿于波长530 nm处测定溶液的吸光度,测定于60 min内完成,并将结果绘制成SO42-标准曲线,如图1所示。

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1 SO3测试分析方法

初中化学作为整个中学化学教学的起点,向学生传递的是基础的知识与技能,在教学层面上体现出启蒙性和基础性。初中化学是一门相对抽象的课程,其涉及的学科知识比较零散,在课堂上很多知识学生都是第一次接触,因此,学生掌握的知识大多是孤立分散的,要想形成紧密的知识网络结构并不容易[1]。初中化学的学习时间短且内容多,从初三上学期开始到中考前,学生就要掌握化学课本上下两册包含的内容。所以,一套有效的教学方法,对教师和学生来说是极其重要的。

(1)制备80%异丙醇吸收液:将400 mL异丙醇 (分析纯)与100 mL蒸馏水均匀混合。

(2) 制备 0.010 mol/L的Ba (ClO42标准贮备液:称取1.6816 g Ba(ClO4)2(分析纯),溶解于20 mL蒸馏水并移入100 mL容量瓶中,以80%异丙醇溶液定容至刻度线。

(3)制备 0.001 mol/L的Ba (ClO42标准使用液:临使用时吸取10.00 mL Ba(ClO42标准贮备液于100 mL容量瓶中,用80%异丙醇溶液定容至刻度线。

(4) 制备 1000 μg/mL的 K2SO4标准贮备液:准确称取在105℃条件下烘干2 h后的K2SO4(分析纯)0.1778 g,用蒸馏水溶解后定容至100 mL。

(1) 工况1

Point collection Oais assumed to store the intermediate points of the original trajectory searched by the traditional

(6)制备钍试剂显色剂:称取0.20 g钍试剂(色谱级),溶于100 mL蒸馏水,置于容量瓶中。

2 实验结果及分析

本次实验均采用10 mL比色管和10 cm玻璃比色皿。在实验中对样品进行全波长扫描,发现530 nm处的吸光度与溶液浓度有良好的线性关系,故实验结果均在530 nm波长处测得。实验共分为3类工况,如表1所示。

作为课程管理者,学校仅仅开设许多拓展性课程是不够的,后续的课程评价也要跟上,没有评价的课程是不完整的课程。在教师自由实施拓展性课程的同时,一定不能忘记“测速限载”,即需要适当的评价。只有通过进行课程评价,教师才能明确目前正在实施的拓展性课程是否达成了当初预定的课程目标。

 

表1 实验工况

  

工况编号 S O 4 2-标准使用液加量 /m L 10,0.1,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.3,1.520,0.1,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.0,1.3,1.5 B a(C l O 42使用液滴加量/m L 钍试剂滴加量/m L 10.1510.1530.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.010.15

(5) 制备 100 μg/mL的 SO42-标准使用液: 临使用时吸取10.00 mL K2SO4标准贮备液于100 mL容量瓶中,用蒸馏水定容至刻度线。

综合考虑决定采用离子色谱法或紫外分光光度法来进行标准曲线的测定。但是由于采用异丙醇吸收SO3,若使用离子色谱法则会对色谱柱造成永久损伤,故不宜采用。而钍试剂与钍-钡络合物颜色相近,在滴定终点附近颜色变化较不明显,难以确定滴定终点,采用滴定法测试误差大且异丙醇用量较大、费用较高,因此采用类似的紫外分光光度法为含硫酸根的异丙醇溶液绘制吸光度标准曲线及进行一系列后续研究。

采用异丙醇吸收法,将含SO3和SO2的混合气通过80%异丙醇吸收液,SO3从气相进入液相形成SO42-并与过量 Ba (ClO42反应, SO42-与 Ba2+结合形成BaSO4沉淀。过量的Ba2+与钍试剂结合形成钍-钡络合物,该络合物的颜色深浅与SO42-浓度呈反比 (SO42-含量多,Ba2+生成沉淀较多,络合物生成少,颜色浅;反之,络合物生成多,颜色深)。通过测定溶液吸光度绘制吸光度-浓度标准曲线,在后续试验中可以测出模拟烟气中SO3的浓度 [8]。采用北京普析通用仪器有限责任公司生产的TU-1901双光束紫外可见分光光度仪进行测试,分析测试过程如下:

  

图1 工况一硫酸根吸光度浓度关系曲线

实验条件与工况一相同,为了消除可能附着在硫酸钡颗粒上的络合物,对每支比色管进行了离心沉淀,结果可见图2。

(2) 工况二

从图1中可以看出,吸光度与SO42-浓度并非呈线性关系。实验过程中发现,SO42-浓度较低时,络合物颜色掩盖了钍试剂颜色,溶液以酒红色为主,吸光度变化较不明显;SO42-浓度较高时,络合物基本消失,此时溶液以钍试剂的黄色为主,吸光度变化也不明显。即仅在浓度适中时,吸光度与SO42-浓度具有较高的线性关系。

  

图2 工况二硫酸根溶液中吸光度浓度关系曲线

离心沉降后发现,在硫酸钡生成较少的低浓度溶液中,钍-钡络合物会吸附于BaSO4颗粒上,且在离心时随之一起沉淀,大量钍试剂与钡离子结合形成络合物,溶液呈紫红色,且吸光度大幅降低,无法做出标准曲线。在后续试验中发现,由于采用臭氧对SO2进行氧化时效率较高,模拟原烟气中的SO3浓度也较高,且在冰浴中的异丙醇吸收效果较好,故溶液中SO42-浓度较高。综合考虑实验中出现的问题,确定了工况三的实验条件。

(3) 工况三

鉴于工况一的浓度要求,选择了浓度为0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 mL 的 SO42-标准使用液,其他实验条件同工况一。由于实验中可以调整吸取的含硫异丙醇的量将浓度控制在线性拟合度较好的范围内,因此,图3可作为适用于后续实验的标准曲线。

  

图3 工况三硫酸根吸光度浓度关系曲线

该标准曲线的线性方程为y=0.78461-0.04229x,线性拟合度为0.99409。该方程精度较高,采点较多,选用工况也较为切合实际,可作为此次实验的最佳标准曲线。

3 结论

(1)此次实验采用异丙醇吸收SO3,以高氯酸钡-钍试剂作为反应的显色剂,最后采用紫外分光光度法测定烟气中SO3的浓度。该方法具有异丙醇吸收液用量少,操作简便,准确度和精确度较高等优点。与其他方法相比,该方法得到的标准曲线更有实用性,更适合在后续实验中采用。

(2)此方法显色剂钍试剂的用量为0.15 mL,Ba(ClO42使用液的用量为1.00 mL,测定波长为530 nm,溶液浓度的测定范围为3~10 μg/mL。该条件下SO42-浓度与吸光度的线性相关度较好,准确度和精密度均能达到后续实验的需要。

参考文献

[1] 陈招妹,王剑波,姚宇平,等.湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析[C].第十五届中国电子除生学术会论,蚌埠,2013.

[2] 王方群,郭荣,隋建才,等.火电厂烟气中S03的测试技术及应用[J].环境工程,2008,26(5):86-87,91.

[3] 丁小红,熊学云,左军.湿法脱硫烟囱防腐技术问题的研究[J].中国资源综合利用,2015,33(10):55-57.

[4] 王智,贾莹光,祁宁.燃煤电站锅炉SCR脱硝中SO3的生成及危害[J].东北电力技术,2005,26(9):1-3.

[5] 楼清刚.煤燃烧过程中SO3的生成试验研究[J].能源工程,2008(6):46-49.

[6] 赵瑞,刘毅,李延兵,等.浅谈燃煤电站SO3检测方法及脱除策略[J].神华科技,2015,13(5):62-66.

[7] 郭阳,李媛,汪永威,等.SCR脱硝系统烟气中SO3测试采样方法对比研究[J].电力建设,2013,34(6):69-72.

[8] 李婕,贾斌,羌宁.钍试剂分光光度法测定固定源烟气中的SO3[J].环境污染与防治,2008,30(10):63-66,70.

 
袁友淳,李乾军,张雯娣,李林欣
《化工装备技术》 2018年第02期
《化工装备技术》2018年第02期文献

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