基于鈣基液橋的細顆粒物黏附力及其化學團聚研究.pdf

1、PM2.5是目前導致我國霧霾天氣頻發(fā)的主要原因，燃煤產生的細顆粒物是其重要排放源。PM2.5粒徑小，除塵裝置對其控制較困難。團聚是使煙氣中的細顆粒物長大的技術，粒徑變大的顆粒物更容易被去除。團聚技術不但可以有效降低細顆粒物質量濃度，對數(shù)量濃度降低也有很好的效果。團聚技術中的化學團聚最具應用前景，其通過液橋將顆粒物連接在一起的方式也能防止顆粒物再次分離。但化學團聚的理論研究很少，致使實驗研究缺乏理論指導。另外，石灰石-石膏濕法脫硫裝置可去

2、除部分來源于粉煤灰的細顆粒物，但同時也會生成來源于石膏的細顆粒物。因此，研究石灰石-石膏濕法脫硫中的細顆粒團聚技術更有實際意義。
　　本文首先進行原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）探針與粉煤灰之間黏附力的實驗研究。以脫硫相關的鈣基物質飽和溶液，或其溶解表面活性劑或高分子黏結劑為橋連液體，研究黏附力隨距離變化的規(guī)律。研究結果表明：表面活性劑使黏附力減小，液橋斷裂距離增加；隨表面活性劑濃度增加，最大

3、黏附力值呈現(xiàn)先減小后上升的趨勢；不同表面活性劑與高分子黏結劑配合使用時，黏附力呈現(xiàn)不同變化趨勢。
　　其次，對液橋作用下AFM針尖與粉煤灰間黏附力進行理論研究。根據(jù)液橋存在形態(tài)，建立凸凹狀液橋的兩種體積模型。根據(jù)現(xiàn)有研究提出此兩種模型下毛細力的四種計算公式，并對范德華力、動態(tài)黏性力等黏附力進行定量分析。研究結果表明：兩種模型下，黏附力為引力，毛細力占主導地位，范德華力只在納米級距離下起作用，動態(tài)黏性力及靜電力可以忽略不計，理論計算

4、與實驗的規(guī)律相同。
　　再次，對微米級粉煤灰顆粒物間的毛細力進行理論研究。通過建立液橋作用下難潤濕粉煤灰間的兩種液橋體積模型，鈣基溶液或其與潤濕劑為橋連液體時，對毛細力、動態(tài)黏性力等影響特性進行理論分析。研究結果表明：顆粒物間毛細力為斥力，表面活性劑減小橋連液體表面張力，從而減小顆粒物間毛細力；PM2.5更能與大顆粒物形成有效連續(xù)的液橋。同時，基于能量最小原理，對粉煤灰間液橋等容拉伸過程進行模擬研究。結果表明：液橋體積相對較大時，

5、橋連液體形貌變?yōu)楦鼮榈膹碗s結構，圓弧近似原則不再適用；表面活性劑可延緩橋連液體的斷裂距離，增加顆粒物間團聚。
　　最后，設計并建造濕法煙氣脫硫化學團聚細顆粒物的實驗系統(tǒng)，研究團聚劑對細顆粒物分級脫除效率，以及對細顆粒物脫除性能的影響。研究結果表明：煙氣中 PM0.2占PM2.5的粒數(shù)比例高于95％時，鈣基物質飽和溶液，對細顆粒物脫除效果達約80%。鈣基溶液單獨添加表面活性劑時，團聚效果提升；表面活性劑Compound No.3與高