【摘要】：全球工業(yè)化進程不斷加快,工業(yè)生產迅猛發(fā)展,雖然生產效率提升很大,但是向環(huán)境中排放大量的有機化合物。不同結構的有機化合物,其表現出的環(huán)境行為也千差萬別。從分子結構上看,平均鍵焓大、平均鍵長短的有機物質其化學穩(wěn)定性好、反應活性低,降解處理困難。從分子結構的角度,環(huán)境有機污染物大體可分為三類：雜環(huán)類環(huán)境有機污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物、鏈式環(huán)境有機污染物。對于含有雜環(huán)類環(huán)境有機污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物、或者鏈式環(huán)境有機污染物的廢水,采用常規(guī)水處理技術已不能滿足國家對環(huán)境質量標準提高的要求。所謂“等離子體”,簡單說就是電中性的粒子集合體,它是由正負離子、電子、自由基和各種活性基團組成的集合體。低溫等離子體的放電過程中雖然電子溫度很高(大于104K),但離子溫度可低至300K,整個體系呈現低溫乃至室溫狀態(tài),這是常規(guī)化學反應不具備的特點。由于低溫等離子體所富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子具有很高的反應活性,可以促使常規(guī)條件下難以進行的反應得以實現。本文從分子結構、化學穩(wěn)定性以及毒性等方面,篩選出典型的雜環(huán)類、含苯環(huán)類和鏈式環(huán)境有機污染物,分別為噻蟲嗪(TIHA)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和全氟辛酸(PFOA)。采用低溫等離子體技術處理上述三類環(huán)境有機污染物,并對污染物的降解動力學和降解機理進行了探究。研究的主要結論如下：1)根據低溫等離子體技術的特點,研制了液面循環(huán)流動間歇式的介質阻擋放電低溫等離子體反應器。該反應器采用輻流式裝置,底部中心進水,邊上出水,電極設置于水面正上方并形成垂直于水面的均勻、穩(wěn)定的等離子體區(qū)域。等離子體直接轟擊水面,在氣液界面與難降解有機污染物分子發(fā)生反應。2)對低溫等離子技術處理不同環(huán)境有機污染物的反應條件進行了優(yōu)化,結果表明,含有雜環(huán)類環(huán)境有機污染物TIHA、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP、鏈式環(huán)境有機污染物PFOA具有類似的最佳反應條件：初始濃度100mg/L,放電電壓80V,弱酸性環(huán)境(pH=3.5)、低電導率(80μs/cm)和適宜濃度催化Fe2+(25mg/L),同時盡量避免羥基自由基(·OH)抑制劑如乙二醇等物質的存在。3)對不同環(huán)境有機污染物的降解機理進行了初步研究。雜環(huán)類環(huán)境有機污染物THIA以被氧化成小分子物質為主要反應方向,降解過程中有一些弱酸性中間產物產生,導致溶液的pH值逐漸降低；添加·OH抑制劑后,僅有一小部分2,4-DCP被分解,表明·OH在含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP的分解過程中起了主要作用；加入抑制劑乙二醇降低溶液中·OH含量,會導致鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解效率降低,仍有一部分鏈式環(huán)境有機污染物PFOA被降解,說明·OH在降解反應中處于主導地位,但不是唯一的氧化物質,存在一定的協(xié)同氧化降解作用。4)研究了低溫等離子體技術處理水中難降解有機污染物的反應規(guī)律,建立了反應動力學方程,為進一步優(yōu)化反應條件和提高降解效果奠定了理論基礎,并可為低溫等離子體技術的工程化應用提供一定的技術指導。水中雜環(huán)類有機物質THIA和含苯環(huán)類有機污染物2,4-DCP的降解過程以一級動力學反應為主。當溶液中pH不大于7時,鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解過程動力學曲線符合一級動力學方程。但當pn達到9.5時,鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解過程動力學曲線符合二級動力學方程,這主要是因為溶液中的堿性物質影響了鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液中活性物質的含量,此時鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解不但與溶液中鏈式環(huán)境有機污染物PFOA的含量相關,還受到了活性物質的含量的制約。5)通過HPLC-MS分析低溫等離子體技術處理水中難降解有機污染物的降解產物,探究了雜環(huán)類有機污染物TIHA廢水、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP廢水、鏈式環(huán)境有機污染物PFOA廢水的降解過程和作用機理,為低溫等離子體技術在有機廢水處理領域的應用提供了理論支持。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【圖文】：

．１．１反應器工作原理逡逑在氣液界面，介質阻擋低溫等離子體的高能電子可將氧氣分子和水分子離、激發(fā)活化成強氧化性的－０Ｈ自由基，反應器的裝置促使環(huán)境有機污染的分子在氣水界面上循環(huán)流動，強氧化性的？邋０Ｈ自由基等活性粒子對界面的環(huán)境有機污染物的分子進行激發(fā)離解，將環(huán)境有機污染物的大的化學性質定的分子降解為小的或相對較小的分子，達到降解水中難降解有機物的目．１．２蜂窩陶瓷板的改性逡逑采用蜂窩陶瓷板有利于調整氣液界面的間距和控制液面平整的水膜，由可Ｗ看出，未經改性的附著二氧化鐵薄膜的蜂窩陶瓷表面出現大量的裂縫，逡逑其分割成眾多不規(guī)則的區(qū)域，在一定程度上減小了比表面積。經過改性的化鐵，從ＳＥＭ圖中可看出，相比于未改性的二氧化鐵，表面分布更加均勻，逡逑構趨于統(tǒng)一化，X棿罅吮缺礱婊頹姿裕簦鰨椋諞歡ǔ潭壬蟈棿罅慫ぶ腥疚錆頭湮煙沾砂宓慕喲セ�，有利又@嶸到廡Чｅ義

本文編號：2773722