TiO2 光催化同时脱硫脱硝效率影响因素研究-第3页-北极星电力新闻网

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4模型的拟合精度及预测精度分析

(1) SO2脱除效率。由Coefficient系数表得到各自变量的回归系数值和常数项,从而可以得到SO2预测模型,数学表达式如下:

SO2脱除效率= 113. 749 - 0. 039×t - 0. 004×[ SO2 ] - 0. 002×[ NOx ] (1)

(2) NOx脱除效率。由Coefficient系数表得到各自变量的回归系数值和常数项,从而得到NOx预测模型,数学表达式如下:

NOx脱除效率= 47. 534 - 9. 52E - 6×H - 0. 063×t (2)

根据已经得到的模型对该多元线性回归模型进行预测检验。用多元线性回归模型进行预测时, SO2和NOx的平均绝对误差分别为4. 715、3. 371,平均相对误差分别为5. 923%、6. 87%。可见多元线性回归模型对TiO2光催化同时脱硫、脱硝效率的预测精度较理想。

5基于多元线性回归的正交试验结果

正交试验设计法在多元线性回归中应用的具体步骤为: (1)制定因素水平表; (2)选择正交设计表; (3)安排试验:根据因素水平表所确定的因素水平代号对应到正交设计表中安排因素和水平的位置,形成试验计划。

选取正交表L25 (56 ) ,将因素C虚拟1个水平,据试验知, SO2质量浓度为1 000～2 000mg/m3时,光催化效率最高,且恒定,所以虚拟硫氧化物浓度的第一个水平详见表2。然后用所建立的模型进行仿真计算。

对此方差分析表综合分析可知,按各因素对同时脱硫、脱硝效率的影响程度从大到小排序为:氮氧化物浓度>温度>硫氧化物浓度>湿度,并可将其划分为3个等级:影响显著(氮氧化物浓度)、影响较大(温度、硫氧化物浓度)、影响较小(湿度)。

首先,氮氧化物浓度在水平4附近时,脱硫、脱硝效果最好。分析其原因可能是由于NOx光催化反应过程中产生的NO2与SO2发生了铅室反应,该反应在一定程度上促进了SO2的脱除。随着NOx浓度的提高, NOx催化氧化效率降低,铅室反应的影响不再明显。同时, NOx浓度增加会形成与SO2争夺催化剂上吸附点位的局面,以及由于光催化反应生成的SO3和NO2溶解于催化剂表面水膜,使催化剂活性组分减少,温度降低,这些都可能降低SO2的脱除效率。

其次,硫氧化物浓度在水平1附近时,脱硫、脱硝效果最好。其原因是在紫外光照射下, SO2在催化剂表面发生反应,反应产生的SO2 - 4可以附着在TiO2表面形成SO2 - 4 / TiO2结构。苏文悦等人的研究表明[ 9 - 11 ] , SO2 - 4 / TiO2的光催化反应活性明显高于TiO2结构。

再次,温度取水平1时,脱硫、脱硝效果最好。本试验中,催化效率之所以随着温度的增高而降低,有三方面原因: (1) SO2在水中的溶解性约为40%,是溶解性较高的气体,所以反应过程中湿度对脱硫效率的影响很大,而随着反应体系中温度的提高,水蒸汽的含量会逐渐减少,溶解于水中的SO2比例会降低,从而降低催化效率。( 2 ) TiO2催化剂对SO2的降解包括物理吸附和化学吸附。物理吸附过程是一个可逆的过程,同时也是一个放热过程,因此,温度越高越不利于物理吸附的进行。( 3)在光催化反应发生的过程中,传质传热速率对光催化反应效率影响明显。吸附开始时, TiO2颗粒表面的扩散速率大于吸附速率,有利于光催化反应的进行,随着温度的提高,与气体接触的颗粒表面空穴被填满,扩散速率减慢,反扩散过程加强,从而降低光催化效率。当扩散与反扩散速率平衡时,温度的升高则对光催化反应的影响不再显著[ 12 ]。

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