航行在遠洋的貨輪、郵輪，其柴油發動機排出的尾氣中，超過90%的氮氧化物是難溶于水的NO——這種“頑固分子”像油滴浮在水面，傳統海水洗滌技術只能去除不到10%。近日，我國山東大學團隊公布了一項船舶脫氮新方案：用“海水+過硫酸鈉+尿素”的復合體系，不僅能讓NO的“消失率”提升22%，還能減少二次污染的硝酸鹽排放，為船舶尾氣治理提供了“綠色配方”。

傳統脫氮的“卡脖子”難題：NO像“油”，海水洗不凈
船舶尾氣中的NO是典型的“水不溶戶”，傳統海水洗滌技術只能通過物理溶解“帶走”少量，實際脫除率不足10%。為了讓NO“溶解”，工程師會添加強氧化劑，但部分氧化劑成本高、毒性大（比如臭氧），或穩定性差（比如次氯酸鈉），難以適應船舶的特殊環境。

海水不只是“載體”：它是脫氮反應的“助攻手”
山東大學團隊嘗試將兩種“安全選手”結合：過硫酸鈉（Na?S?O?）是環保型強氧化劑，穩定性好、成本低；尿素是常見的堿性還原劑，能將NO轉化為無害的氮氣。但關鍵問題是：船舶上最易得的載體是海水，這套組合在海水中效果如何？

實驗發現，海水不僅是“溶劑”，更是“催化劑”。海水中的氯離子（Cl?）、碳酸氫根（HCO??）等成分，能與過硫酸鈉分解產生的硫酸根自由基（·SO??）、羥基自由基（·OH）反應，生成更多活性自由基（如·Cl、·CO??），就像給反應“加了把火”。數據顯示，使用海水載體時，NO的歸一化濃度（出口濃度/進口濃度）最低降至0.099，比去離子水體系低了22%，相當于每升溶液能“吃掉”0.108克NO。

脫氮效果怎么調？這些參數是關鍵
團隊通過實驗驗證了多個核心變量的影響：

溫度越高越有效：從20℃升到70℃，NO的歸一化濃度從0.867降到0.143，每升溶液吸收的NO量從0.012克漲到0.095克。高溫能加速過硫酸鈉分解，生成更多自由基，就像“給反應踩了油門”。
過硫酸鈉加0.1mol/L最劃算：濃度低于0.1mol/L時，自由基不夠用；超過0.1mol/L后，效果提升有限，性價比最高。
尿素加0.5mol/L剛好：尿素能“吃掉”反應中間產物（如NO??），避免NO再生。但加太多也沒用——超過0.5mol/L后，效果不再提升。
pH=8最理想：pH太低（4-7）或太高（8-11）時，自由基活性下降；pH=8時，自由基濃度最高，脫氮效果最好。
尿素的“隱藏技能”：攔截二次污染
傳統氧化法脫氮會生成大量硝酸鹽（NO??），排放后可能導致水體富營養化。但實驗中，添加尿素的體系硝酸鹽濃度僅14.93mg/L（國際海事組織標準為60mg/L），遠低于無尿素時的194.54mg/L。原來，尿素像“攔截員”，能將氧化生成的硝酸鹽還原成氮氣，既脫氮又環保。

未來：船上就能用的“綠色配方”
目前，這套方案已通過模擬實驗驗證。研究人員表示，海水是船舶最易得的資源，過硫酸鈉和尿素成本低、易儲存，未來有望直接應用于現有洗滌設備。下一步將探索實際船舶尾氣中的復雜工況（如同時存在SO?、高濕度等），優化參數，讓脫氮更高效、更穩定。

從“洗不凈”到“吃得掉”，從“污染水”到“環保水”，這套“海水+過硫酸鈉+尿素”的組合，或許能讓船舶尾氣中的NO“消失”得更徹底，為海洋環境撐起一把更堅實的“保護傘”。

來源: 化學工程前沿FCS