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]。

　　此外,水分子在TiO2光催化反应过程中的作用包括两方面:一是SO2在水中的溶解性较高,SO2脱除效率中有水的溶解作用;二是水分子可提供俘获光生空穴的羟基,进而产生氧化性较高的羟基自由基,强氧化自由基的产生可将SO2、NOx等气体氧化脱除。虽然气—固相光催化反应并不完全由羟基自由基完成,但仍需要催化剂表面的水与空穴作用生成羟基自由基,同时还有利于氧气的光吸附,并在大多数情况下能加快光催化反应的进行[13]。但有学者发现[14-15],TiO2表面吸附的水能使光致电子和空穴更加容易复合,从而导致光催化效率降低。即当水量过多时,可能影响光催化剂的活性。也就是说,虽然在气—固相光催化反应中,水分子可以提供强氧化剂羟基自由基促进反应的进行,但又由于它可以作为反应物参与光催化反应,当湿度超过一定范围时,过量的水分子可能与NO2在光催化剂表面的活性点位产生竞争性吸附[16-19],同时,水分子与NO2发生作用,从而削弱了光催化剂对NO2的吸附,降低了其光催化氧化效率。本试验中之所以湿度增加对脱硫、脱硝效率基本无影响,最重要的原因是试验均在过量水蒸汽下进行,难以人为控制湿度。今后的工作是进一步完善试验环境,努力实现影响因素水平的可控切换。

　　综上所述,TiO2光催化同时脱硫、脱硝最佳运行工况是:氮氧化物浓度取水平4,硫氧化物浓度取水平1,温度取水平1,湿度取水平5。经过多次试验验证,当氮氧化物质量浓度为1200mg/m3、硫氧化物质量浓度1500mg/m3、温度60℃、湿度0.05%时,氮氧化物的脱除率基本稳定在55%左右,硫氧化物的脱除率在96.24%左右,达到了最优工况。

　　6结论与建议

　　本文建立了TiO2光催化同时脱硫、脱硝多元线性回归模型。检验结果表明,预测值与实测值平均绝对误差小于5%,满足精度要求。

　　利用已建模型进行的仿真分析提出如下强化TiO2光催化同时脱硫、脱硝措施:

　　(1)控制燃煤电站烟气中SO2的质量浓度在1500～2000mg/m3之间,以实现高脱除率。

　　(2)控制进入脱硫、脱硝装置的实际烟气温度在60～120℃之间,采取一定的保温措施,缓解高温对脱除率的不利影响,以提高脱除率。

　　(3)控制燃煤电站烟气中NOx的质量浓度在800～1200mg/m3之间,以实现高脱除率。

　　(4)在满足上述条件前提下,保持烟气湿度在0.05%左右,强化脱硫、脱硝效率。