輝光放電等離子體降解水中有機(jī)污染物與苯一步合成苯酚的研究.pdf

1、放電等離子體水處理技術(shù)是近20年來發(fā)展的具有工藝靈活，無二次污染的新型水處理高級(jí)氧化技術(shù)。和其他等離子體技術(shù)相比，輝光放電等離子體具有電壓低，適合處理高含鹽量的廢水和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是常規(guī)的輝光放電等離子體有較強(qiáng)的電極腐蝕。我們通過對(duì)各種放電形式的分析，結(jié)合等離子體產(chǎn)生的基本規(guī)律，對(duì)常規(guī)的輝光放電水處理裝置進(jìn)行徹底改進(jìn)，應(yīng)用隔膜產(chǎn)生輝光放電等離子體，使等離子體可以與水溶液更大地接觸，并使放電可以在沒有電極的參與下進(jìn)行，探索以前國內(nèi)外沒

2、有報(bào)道的新技術(shù)，使之具有能量效率高，不需要特殊電極和沒有電磁輻射等特點(diǎn)。 放電中的有機(jī)合成是令人振奮的研究工作，可以合成常規(guī)熱反應(yīng)難得到的產(chǎn)物。但是目前該技術(shù)的缺點(diǎn)在于產(chǎn)物的選擇性和收率低。我們利用水溶液中輝光放電等離子體與催化相結(jié)合的方法由苯一步合成苯酚，提高了苯酚的收率和選擇性，為等離子體和催化相結(jié)合的研究開拓新領(lǐng)域。 論文分為兩部分共五章： 第一章介紹了高級(jí)氧化技術(shù)的概念，討論了應(yīng)用等離子體降解水中有機(jī)污染

3、物的原理，并將典型的等離子體水處理工藝及其原理和發(fā)展趨勢作了介紹；討論了放電中的有機(jī)合成的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。 第二章以硝基苯為模擬廢水，采用輝光放電等離子體對(duì)其降解進(jìn)行了研究?？疾炝宋廴疚餄舛取㈦娏?、催化劑等外界條件對(duì)降解速率的影響，比較了高壓脈沖放電和輝光放電在硝基苯的去除和過氧化氫的生成過程中的能量效率，并探討了硝基苯的降解機(jī)理。結(jié)果表明硝基苯降解遵守一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，降解速率隨著放電電流的增大而增大，pH值對(duì)降解沒有

4、明顯的影響。反應(yīng)過程生成了硝基苯酚，苯酚，1,3-二硝基苯、羧酸、硝酸根和亞硝酸根。其中硝基苯酚的分布規(guī)律是：鄰>對(duì)>間硝基苯酚。主要的羧酸為甲酸，乙酸和醋酸，最終的降解產(chǎn)物是硝酸根離子、水和二氧化碳。反應(yīng)過程中有大量的過氧化氫生成，加入三價(jià)鐵離子比二價(jià)鐵離子的催化效果好。實(shí)驗(yàn)證明降解過程中三價(jià)鐵離子被反應(yīng)中間體還原為二價(jià)鐵離子，然后二價(jià)鐵離子與溶液中生成的過氧化氫發(fā)生Fenton反應(yīng)，從而加速硝基苯的降解。50mg/L的硝基苯在最佳條

5、件下10分鐘內(nèi)可以完全被去除。 第三章以4-氯苯酚為模擬廢水，采用輝光放電等離子體對(duì)其降解進(jìn)行了研究?？疾炝穗妷?、pH、催化劑等外界條件對(duì)4-氯苯酚降解和過氧化氫生成速率的影響，比較了有和沒有催化劑存在的條件下4-氯苯酚降解的中間產(chǎn)物。結(jié)果表明在有催化劑存在下，4-氯苯酚的降解中間產(chǎn)物與沒有催化劑時(shí)不同，在催化劑存在下主要的中間產(chǎn)物為對(duì)4-氯兒茶酚、對(duì)苯醌和對(duì)苯二酚。實(shí)驗(yàn)證明降解過程中鐵離子的良好催化作用是因?yàn)槠浔恢虚g體還原為亞

6、鐵離子，然后亞鐵離子與溶液中生成的過氧化氫發(fā)生Fenton反應(yīng)，從而加速4-氯苯酚的降解。 第四章對(duì)傳統(tǒng)的輝光放電等離子體裝置進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了隔膜型輝光放電等離子體水處理裝置。以苯酚為模擬廢水，從放電電壓、自由基清除劑、pH等多個(gè)方面評(píng)價(jià)了實(shí)驗(yàn)效果，并研究了降解機(jī)理。結(jié)果表明提高電壓、降低pH和加入一定量的鐵鹽對(duì)降解有利；而正丁醇和碳酸根離子會(huì)降低苯酚的去除速率。苯酚的降解的主要中間產(chǎn)物為兒茶酚、對(duì)苯醌、對(duì)苯二酚和羧酸。隨著放

7、電的進(jìn)行，溶液的pH逐漸降低，苯酚的去除速率加快。和其他放電水處理技術(shù)比，本技術(shù)沒有電極損耗、沒有電磁輻射和實(shí)驗(yàn)裝置簡單等特點(diǎn)。本章結(jié)果已被著名雜志EST發(fā)表。 第五章運(yùn)用輝光放電等離子體和催化相結(jié)合的方法對(duì)苯一步合成苯酚進(jìn)行了初步的研究，考察了催化劑和pH值對(duì)苯酚收率和選擇性的影響，對(duì)機(jī)理進(jìn)行了初步的解釋，證實(shí)了催化與等離子體相結(jié)合用于有機(jī)合成是可行的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在銅鐵混合型催化劑存在下苯酚的收率和選擇性可達(dá)8.3％和81％。降