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基于腔增强光谱技术测量工业反应产物中NO2浓度的研究

基于腔增强光谱技术测量工业反应产物中NO2浓度的研究

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作者：卞晓鸽安徽大学

学位级别：硕士

地球大气环境污染是当今人类面临的重要问题之一。二氧化氮(NO)作为大气中重要的氮氧污染物之一,对地球环境和人类健康造成的危害不容忽视。工业领域生产排放是大气中NO的主要来源,因而成为大气环境监测的重点方向。因此,开展高效、实... 详细信息

地球大气环境污染是当今人类面临的重要问题之一。二氧化氮(NO)作为大气中重要的氮氧污染物之一,对地球环境和人类健康造成的危害不容忽视。工业领域生产排放是大气中NO的主要来源,因而成为大气环境监测的重点方向。因此,开展高效、实时的工业排放产物中氮氧化物含量监测技术研究,为企业生产过程实现节能减排提供有效支撑数据具有重要意义。基于吸收光谱的光学检测技术因其具有高灵敏度、响应速度快、可实时测量等优点,已成为一种可靠有效的工业污染气体检测方法。本文以中心波长为440 nm的蓝色发光二极管(Light Emitting Diode,LED)为激发光源,结合非相干光腔增强吸收光谱技术,建立了一套高灵敏的NO检测系统。通过测量氮气和氦气的瑞利散射截面,实现了腔镜反射率的精确标定,实验结果显示在448.3nm处,最大反射率为99.9815%。此外,浓度反演算法是非相干光腔增强吸收光谱技术精确测量痕量气体的关键环节。为消除因吸收截面和仪器响应函数的不确定性引入的测量误差,通过优化浓度反演算法,提出了一种基于标准样品吸收光谱的浓度回归算法,并利用NO气体的实测吸收光谱从谱线拟合效果、测量精度方面对该算法的有效性进行了验证。基于工业反应过程中的污染气体原位监测需求,设计并搭建了一套基于光纤耦合的紧凑型气体传感系统。采用吸附动力学理论研究了NO气体在光腔中发生的吸附过程,并通过优化流量响应时间、重复性和稳定性提高了测量系统的性能。艾伦(Allan)方差分析表明,最佳平均时间为220 s时,灵敏度可达1 ppb。最后对工业流程中的反应产物进行现场测试,在烟气取样点附近,通过直接抽取测量的方式对烟气中NO的浓度进行了连续24小时的测量,并与其他相关监测数据进行了对比分析,结果证明该光学传感系统可实现工业反应产物中NO实时测量,为工业生产过程中氮氧污染气体排放量监测提供了有效参考数据,对工业过程中的大气监测和产品分析等应用具有重要意义。

关键词：非相干光腔增强吸收光谱多元线性回归烟气测量二氧化氮

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