高壓脈沖氣液混合放電降解對(duì)氯苯酚的研究.pdf

1、高壓脈沖氣液混合放電利用氣相和液相共同放電產(chǎn)生臭氧、雙氧水、羥基自由基等活性物質(zhì)，提高污染物去除效率和電源能量利用率。本文以對(duì)氯苯酚(4-CP)為目標(biāo)污染物，對(duì)該體系下反應(yīng)器設(shè)計(jì)和比較、電源參數(shù)及工藝參數(shù)優(yōu)化、有機(jī)污染物降解機(jī)理探討以及降解動(dòng)力學(xué)模型建立等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。 首先，為了研究液相與氣相放電的協(xié)同作用，比較了三種氣液混合放電反應(yīng)器形式：高壓電極和地極均浸沒(méi)在溶液中(HDBW)；高壓電極浸沒(méi)在水中，地極置于液面上

2、(HDAW)；高壓電極置于液面上，地極浸沒(méi)在水中(GD)。通過(guò)比較4-CP降解效率、中間產(chǎn)物變化、TOC礦化、能量利用率、放電形式、臭氧和雙氧水產(chǎn)生等方面，認(rèn)為HDAW反應(yīng)器能結(jié)合氣相和液相共同放電促進(jìn)4-CP降解，是一種高效新型的氣液混合放電反應(yīng)器。同時(shí)對(duì)該反應(yīng)器各種操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其中火花放電7 min后4-CP去除效率能達(dá)到100％。通過(guò)研究不同的放電形式、活性物質(zhì)在放電過(guò)程中的作用，認(rèn)為4-CP的降解主要以"OH氧化為主。

3、 其次，設(shè)計(jì)了一種新型的連續(xù)流氣液混合放電反應(yīng)器，并研究脈沖輸入電壓、脈沖頻率、初始濃度、氧氣流速以及串聯(lián)個(gè)數(shù)對(duì)4-CP降解和能量利用率的影響，當(dāng)脈沖電壓為16 kV，脈沖頻率為100 Hz，液體流速為40 ml/min，氧氣流量為0.4 m3/h時(shí)，能量利用率維持在一個(gè)較高的值(5.39×10-9 mol/J)，同時(shí)4-CP降解效果也較高(88.3％)。該反應(yīng)器所產(chǎn)生的臭氧和雙氧水也能用于4-CP去除。根據(jù)基本化學(xué)工程原理建立動(dòng)力

4、學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)4-CP降解以及中間產(chǎn)物變化情況。 在此基礎(chǔ)上，探討了O2、N2、Air條件下4-CP降解機(jī)理。O2和N2條件下，均產(chǎn)生雙氧水，O2條件下產(chǎn)生臭氧O3，N2條件下產(chǎn)生硝酸根、亞硝酸根。4-CP在O2和N2條件下產(chǎn)牛苯環(huán)類(lèi)產(chǎn)物，如氯代鄰苯二酚、對(duì)苯酚、2,4-二氯酚、對(duì)苯醌，以及有機(jī)酸等。在N2條件下還檢測(cè)到含氮化合物5-氯-3-硝基鄰苯二酚、4-氯-2-硝基酚。Air條件下4-CP降解產(chǎn)物與N2條件相近。O2條件下，

5、4-CP主要是通過(guò)羥基自由基攻擊苯環(huán)以及臭氧氧化降解；N2條件下，主要是通過(guò)羥基自由基以及N等離子體攻擊苯環(huán)進(jìn)行降解；Air條件下，主要是羥基自由基、N等離子體、臭氧共同作用。 最后，建立了完善的氣液混合放電體系下4-CP降解動(dòng)力學(xué)模型。確定了脈沖電壓、脈沖頻率、溶液電導(dǎo)率和氧氣流量條件下活性物質(zhì)(H2O2、O3、'OH、eaq-)的初始速率常數(shù)。利用相關(guān)系數(shù)r和方差分析ANOVA(F，p)體系檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?。根?jù)模型計(jì)算得到