Page 74 - 《精细化工》2021年第1期

·64· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

表 1 不同方法处理 HCN 的优点、缺点和适用范围
Table 1 Advantages, disadvantages and application of different methods
方法 优点 缺点 适用范围 参考文献
生物降解法 彻底消除 HCN，工艺简单、成本低、适 处理周期长，负荷小，占地面积大 氰化物浓度低，浓度波 [14]
用性强、效率高，无二次污染 动小
膜分离法 成本低，处理效果好，工艺简单，占地 设备要求高，所用膜材料耐久性差 含氰溶液中氰根呈游离 [16]
面积小，环保 态
解吸法 原理简单，操作方便，效果明显 HCN 处理不彻底，处理后水体带色， 含氰溶液浓度范围广 [12]
二次污染
电解氧化法 去除效率高，可实现 HCN 深度净化 能耗大，操作具有危险性，电解效率 高浓度含氰溶液 [18]
不稳定
加压水解法 可处理氰的络合物，反应彻底，产物毒 工艺复杂，成本较高 含氰溶液浓度范围广 [22]
性小，运行稳定
碱性氯化法 可将 HCN 完全转化为 CO 2 和 N 2，工艺 pH 要求高，累积氯化物产生二次污 高浓度含氰溶液 [25]
成熟，设备简单 染，损坏设备

2 燃烧法 察了一元 Pt 和二元 Pt-Rh 两种贵金属催化剂对 HCN
的燃烧效果，在 φ(O 2 )=10%，450 ℃条件下，HCN
燃烧法常用于处理工业生产中产生的 HCN 气 的转化率随参与反应 HCN 质量浓度的升高而增加。
体，HCN 废气中通常伴有 CO、H 2 以及烃类等大量 当ρ(HCN)=1000 mg/m 时，转化率接近 100%，二
3
可燃组分，在一定温度下进行燃烧处理，可使这些 元 Pt-Rh 对 HCN 的催化效果略高于一元 Pt 材料，
废气转化为无害的 N 2 、CO 2 以及 H 2 O 等气体。既可 且稳定性好。
防止有害气体污染环境，又可将产生的热量进行回 Pt、Rh、Pd 等贵金属昂贵的价格增大了生产成
收利用，节约能源 [32] 。该方法可以分为直接燃烧法
本，目前，人们更加倾向于选择低成本金属作为催
和催化燃烧法两种。
化剂。TAN 等 [39] 研究发现，CaO 对 HCN 燃烧消除
2.1 直接燃烧法
具有催化效果。在 27~900 ℃范围内，CaO 对 HCN
直接燃烧法适用于处理浓度、体积偏大的 HCN
的催化作用随着反应温度的升高而增加，反应温度
气体，通常体积分数在 3%~6%之间。HCN 爆炸极
低于 600 ℃，CaO 与 HCN 反应生成 Ca(CN) 2 。反
限的体积分数在 6%~41%，因此，处理 HCN 气体时 应如式（10）所示：
体积分数须控制在 6%以下 [33] 。直接燃烧法需消耗
CaO+2HCN→Ca(CN) 2 +CO↑+H 2 ↑ （10）
大量能量，若 HCN 混合气中含有 S、N 等元素的化
反应温度进一步升高，HCN 中的 N 元素可被全
合物，在燃烧过程中会产生 SO 2 和 NO x ，对环境造 部转化为 N 2 ，当温度高于 800 ℃时，HCN 的转化
成严重污染 [34] 。
率达到 100%。
HCN 气体的转化率随温度升高而上升，在 CaO
i
j
80~900 ℃内，HCN 的转化率可达 100%。温度过高， 2C H +2HCN N  2 +( +1j  k )H  2 +2C H （11）
+1 k
i
N 2 会进一步氧化为 NO x ，造成光化学烟雾污染。 LIU 等 [40] 利用 Cu、Co、Fe、Mn 和 Ni 等活性
GIMENEZ-LOPEZ 等 [35] 研究发现，HCN 可在 组分对沸石进行改性，反应温度为 350 ℃时，
O 2 和 CO 2 气氛下进行燃烧，在 700~1200 ℃范围内， Cu-ZSM-5 展现出最高活性，对 HCN 的转化率和
CO 2 可抑制 HCN 的氧化，证明 CO 2 与 O 2 存在竞争 N 2 的选择性均高达 90%。孙青 [41] 考察了 10Ni/
关系，HCN 氧化产物主要有 CO、NO、N 2 O 以及 5CeO 2 /HZSM-5 对 HCN 的消除性能。结果表明，CeO 2
HNCO。氧气含量增加与 HCN 转化率的升高呈正比。 的掺杂改性促进了催化剂表面氧的流动性，有助于
直接燃烧法所需燃烧温度高且对混合气体组分 HCN 气体的分解，提高 H 2 、CO、CH 4 的选择性，
无选择性，造成资源浪费。学者们更青睐于采用催 650 ℃时对 HCN 的消除率高达 95.6%。
化燃烧法消除 HCN。 相较于直接燃烧法，催化燃烧法使 HCN 深度净
2.2 催化燃烧法 化所需的反应温度降低，但贵金属 Pt、Rh 的使用限
催化燃烧法具有起燃温度低、工业成本低、多 制了催化燃烧法的应用前景。低成本金属材料如
余热量可以回收利用、不会对空气造成二次污染等 Cu、Ca 对 HCN 的燃烧均具有催化效果。然而稳定
优点。催化剂将空气中的 O 2 活化，降低反应物分子 性不佳，未来研究的重点应集中于研发代替 Pt、Rh
的活化能，进而降低反应温度 [36-37] 。张奉民等 [38] 考 等贵金属的高稳定性非贵金属催化剂。