祝贺课题组的论文：Simulation and experimental study of gas-phase diffusion coefficient of selenium dioxide在环境领域知名期刊Science of the Total Environment发表。硕士生吴小龙为第一作者，邹仁杰博士后为通讯作者。
煤炭作为世界上主要发电来源之一，在我国的能源结构中占据主导地位。在燃煤发电的高温燃烧过程中，煤中所含的痕量重金属，例如汞、硒、砷等，将会全部或部分从煤中释放出来，并会在一定程度上随烟气或废水排入环境。硒的过量排放对人体健康和环境的危害极大，会导致脱发、脱甲、偏瘫等严重疾病。因此，需要开发燃煤过程中烟气硒排放的控制技术。WFGD，也即是湿法烟气脱硫系统，它脱除污染物的原理是通过喷射碱性液滴和烟气形成逆流，从而对烟气中的气态污染物进行吸收脱除。在高温的煤粉炉燃烧条件下，作为煤中最易挥发的元素之一的硒，绝大部分将转化为气态形式（以SeO2为主）释放。根据文献报道，WFGD对硒的总体脱除率在19%-82%范围内，这表明在WFGD内气态硒脱除极不稳定，提高气态硒脱除效率是强化WFGD整体脱硒效果的关键。为明晰脱硫塔中硒污染物的脱除机制，必须要准确测量硒在实际工况下的气相扩散系数。
扩散系数测量的基本原理是测量沿扩散方向，在单位时间内物质浓度降低一个单位时，通过单位面积的物质传递量。目前有全息干涉法、气相色谱法、蒸发管法等气相扩散系数测量方法。其中应用较为广泛的是Stefan蒸发管法，其原理是向扩散管中加入液态的待测物质，使其蒸发形成气体，受浓度差驱动随扩散管向上扩散，期间液体表面随着蒸发扩散而降低，通过测定液体表面高度变化确定扩散系数的数值。扩散管法的关键是通过液面高度变化来获得气体扩散速率，但对于常温下为固体的物质（即SeO2），难以获取其高度变化，无法适用。因此，针对该问题，本文首先基于分子动力学理论，对硒的气相扩散过程进行建模计算，获得了其在不同温度与气氛下的扩散系数，然后，建立了适用于硒（常温下为固体）的气相扩散系数测试方法并开展实验，结合模拟计算与实验测量两种途径，对气相扩散系数的准确性进行对比分析。最后，构建了多气氛宽温区下的硒的气相扩散系数预测公式，可分别获得二元与三元气体组分下硒的扩散系数，并对比了修正前后的扩散系数对硒吸收过程计算的影响。
图1 SeO2气相扩散系数分子动力学模拟和实验测量流程
本研究采用分子动力学模拟开展对不同工况下的SeO2气相扩散系数的理论计算，并通过自主研发的重金属气体扩散系数测试装置，分别测定了SeO2在393K-433K范围内的不同工况下的气相扩散系数，验证了分子动力学计算结果的准确性。进一步的，在Fuller公式基础上进行修正，获得了二元与三元组分下SeO2气相扩散系数计算式。最后，并基于气液传质平衡构建了单液滴传质吸收SeO2模型并开展实验，对比了气相扩散系数对模型计算准确度的影响，经修正后模型计算误差由8.09%降低至1.96%。本研究获得了燃煤烟气低温区间下的SeO2气相扩散系数数值，可为硒脱除机制及强化脱除技术开发提供基础数据支撑。
本工作受到了国家自然科学基金(52206142和52076093)和湖北省博士后创新研究基金的资助。
文章完整信息：
Xiaolong Wu, Renjie Zou*, Guangqian Luo, Li Wang, Can Fang, Sheng Chen, Xian Li, Hong Yao. Simulation and experimental study of gas-phase diffusion coefficient of selenium dioxide. Science of the Total Environment, 2024, 174499.
全文下载链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174499
（通讯员：吴小龙）
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