【摘要】：含氮、含氧、含硫雜環(huán)化合物以及烷基硫醇類化合物在工業(yè)上的應(yīng)用范圍較廣,這些物質(zhì)隨工業(yè)廢氣進(jìn)入大氣環(huán)境后,極有可能會(huì)隨著大氣的運(yùn)動(dòng)而遷移,進(jìn)而對(duì)大氣、土壤以及水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染,造成無(wú)法挽回的損失。因其特殊分子結(jié)構(gòu),往往具有臭味、生物毒性和“三致”性,嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人體健康。因此,對(duì)此類廢氣進(jìn)行有效處理和控制是目前亟待解決的環(huán)境問(wèn)題之一。利用吸收-電化學(xué)氧化聯(lián)合方法,將廢氣中的有害物質(zhì)通過(guò)液體吸收轉(zhuǎn)移至液態(tài),再利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑羥基自由基(·OH),促使雜環(huán)化合物的環(huán)狀結(jié)構(gòu)斷裂,得到可生化性更強(qiáng)的小分子有機(jī)酸,這種方法能夠較為有效的去除雜環(huán)化合物和烷基硫醇類化合物。本文選擇了幾種典型的含有S、O和N元素的雜環(huán)化合物以及烷基硫醇類化合物進(jìn)行研究,分別是噻吩、四氫呋喃、吡啶以及乙硫醇。根據(jù)各物質(zhì)水溶性的差異,選擇水或離子液體作為吸收劑,在自制吸收裝置上將模擬廢氣中的目標(biāo)污染物轉(zhuǎn)移、富集至液態(tài)。以Pt為對(duì)電極,飽和甘汞電極(SCE)或非水Ag/Ag+(RE)為參比電極,利用線性伏安掃描法(LSV)考察上述化合物在改性二氧化鉛電極(β-PbO2)上的氧化行為和特性。進(jìn)行完上述工作后,再以二氧化鉛作為陽(yáng)極,以不銹鋼網(wǎng)作為陰極,對(duì)上述四種代表性物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)氧化處理,以達(dá)到對(duì)這幾種物質(zhì)的分子構(gòu)架進(jìn)行破壞,消除其毒性或臭味的目的,對(duì)電化學(xué)氧化處理進(jìn)程中的上述四種物質(zhì)進(jìn)行濃度的分析,以及對(duì)反應(yīng)中產(chǎn)生的中間物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),從而推斷雜環(huán)化合物的電化學(xué)降解機(jī)理,并發(fā)現(xiàn)其中的共性規(guī)律。此外,通過(guò)動(dòng)力學(xué)模擬考察電流密度、污染物濃度等因素對(duì)電化學(xué)氧化反應(yīng)速率的影響。主要結(jié)果如下:(1)用水作吸收劑,在自制填料吸收塔中吸收模擬廢氣中的吡啶有非常好的效果,在進(jìn)氣濃度100-10000 mg/m3的范圍內(nèi)均能夠穩(wěn)定的凈化氣流中吡啶,吸收效率可達(dá)95%以上。伏安線性掃描的結(jié)果表明吡啶無(wú)論在酸性還是堿性條件下,均能在β-PbO2電極表面氧化,酸性條件下氧化峰出現(xiàn)在1.05Vvs. SCE,堿性條件下則為0.95Vvs. SCE。掃描速率與氧化峰電位、氧化峰電流的相關(guān)性說(shuō)明吡啶的氧化是一個(gè)表面控制的不可逆反應(yīng)過(guò)程。在pH 4.0, Na2S04電解質(zhì)濃度0.2mol/L,電流密度150mA/cm2的條件下,100mg/L的吡啶可在一個(gè)半小時(shí)之內(nèi)完全降解最終生成草酸、甲酸和反丁烯二酸,離子色譜并未檢測(cè)到NH2OH、NO2-或N03-的存在,這可能是因?yàn)橹虚g產(chǎn)物極易被氧化并以N2釋放。室溫常壓的條件下,通過(guò)動(dòng)力學(xué)模擬分別考察了不同電流密度和不同吡啶初始濃度對(duì)吡啶電化學(xué)降解的影響。結(jié)果說(shuō)明,吡啶的電化學(xué)氧化反應(yīng)與表觀擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)相符,當(dāng)初始濃度一樣時(shí),電流的密度增大會(huì)加快吡啶的降解速度,而不同的初始濃度對(duì)吡啶的電化學(xué)降解并無(wú)顯著影響。(2)用水作吸收劑,在自制填料吸收塔中吸收模擬廢氣中的四氫呋喃有非常好的效果,當(dāng)進(jìn)氣濃度為3000 mg/m3,吸收效率為95%。伏安線性掃描法結(jié)果表明,四氫呋喃在氯化鈉和硫酸鈉電解質(zhì)體系中均能在β-Pb02電極表面上發(fā)生氧化反應(yīng),在pH5.5, 25mV/s的條件下氧化峰電位分別為1.30V和1.20Vvs.SCE。在室溫常壓的條件下采用β-Pb02電極電化學(xué)氧化四氫呋喃,先后對(duì)電解質(zhì)的種類、用量,電流的密度以及四氫呋喃的起始濃度對(duì)降解反應(yīng)的影響進(jìn)行了研究,研究結(jié)果顯示NaCl電解質(zhì)對(duì)降解反應(yīng)效果最好,實(shí)驗(yàn)條件為pH=3,電流密度是50 mA/cm2,NaCl用量是10 g/L,可以在3小時(shí)內(nèi)將起始濃度是200 mg/L的四氫呋喃徹底降解,并且符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)。在相同的初始濃度下,電流密度越大,四氫呋喃降解速度越快,而不同的初始濃度對(duì)其電化學(xué)降解并無(wú)顯著影響。使用HPLC對(duì)中間產(chǎn)物進(jìn)行分析確定丁二酸是降解過(guò)程的主要中間產(chǎn)物,使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀沒(méi)有檢測(cè)到2-羥基四氫呋喃等中間產(chǎn)物,說(shuō)明.OH在降解過(guò)程中能夠直接斷開(kāi)四氫呋喃環(huán)。在相同的初始濃度下,電流密度越大,四氫呋喃降解速度越快,而不同的初始濃度對(duì)四氫呋喃的電化學(xué)降解并無(wú)顯著影響。(3)用離子液體[BMIM]BF4作為吸收劑,在自制吸收裝置上可將模擬廢氣中的乙硫醇從氣態(tài)轉(zhuǎn)移至溶液當(dāng)中,[BMIM]BF4對(duì)乙硫醇的飽和吸收量高達(dá)0.73g/10g,遠(yuǎn)高于水和己二酸二辛脂(DEHA)。伏安線性掃描結(jié)果表明乙硫醇在離子液體[BMIM]BF4電解質(zhì)體系中能在β-Pb02電極表面上發(fā)生氧化反應(yīng),氧化峰電位分別為1.35Vvs.RE(25mV/s),反應(yīng)無(wú)需添加其它電解質(zhì),也不需要調(diào)節(jié)溶液的pH。室溫常壓的條件下采用β-PbO2電極電化學(xué)氧化乙硫醇,在電流密度為50 mA/cm2,乙硫醇初始濃度為4000 mg/L的條件下,反應(yīng)90分鐘后可完全去除乙硫醇并生成乙酸,S原子則被氧化成硫酸根。反應(yīng)遵循擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)。在相同的初始濃度下,電流密度越大,乙硫醇降解速度越快,而不同的初始濃度對(duì)乙硫醇的電化學(xué)降解并無(wú)顯著影響。(4)用離子液體[BMIM]BF4作為吸收劑,在自制吸收裝置上可將模擬廢氣中的噻吩從氣態(tài)轉(zhuǎn)移至溶液當(dāng)中,[BMIM]BF4對(duì)噻吩的飽和吸收量高達(dá)0.65g/10g。伏安線性掃描結(jié)果表明噻吩在離子液體[BMIM]BF4電解質(zhì)體系中能在β-Pb02電極表面上發(fā)生氧化反應(yīng),氧化峰電位為1.15Vvs.RE(25mV/s),反應(yīng)無(wú)需添加其它電解質(zhì),也不需要調(diào)節(jié)溶液的pH。室溫常壓的條件下采用β-Pb02電極電化學(xué)氧化噻吩,在電流密度為50mA/cm2,噻吩初始濃度為1000mg/L的條件下,反應(yīng)60分鐘后可完全去除噻吩并生成草酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸等,S原子則被氧化成硫酸根。反應(yīng)遵循擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)。在相同的初始濃度下,電流密度越大,噻吩降解速度越快,而不同的初始濃度對(duì)噻吩的電化學(xué)降解并無(wú)顯著影響。綜上所述,吸收-電化學(xué)氧化聯(lián)合法可以有效地將廢氣中的吡啶、四氫呋喃、噻吩和乙硫醇吸收富集至溶液中,再利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性羥基自由基破壞上述化合物的分子結(jié)構(gòu),使其轉(zhuǎn)化為易于生化降解的小分子有機(jī)酸,從而實(shí)現(xiàn)脫毒、脫臭的目的。這種聯(lián)合方法為處理難生化降解的雜環(huán)化合物以及烷基硫醇化合物類廢氣提供了一種更為清潔有效的全新選擇。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X70
【圖文】：

設(shè)備要盡量吸收面積大、便于保養(yǎng)等。逡逑吸收工藝主要包括吸收及解吸兩部分。解吸就是把已經(jīng)已經(jīng)吸收的物質(zhì)通過(guò)逡逑一定手段從吸收劑中分離出來(lái)的過(guò)程。最常用的方法是水蒸氣解吸。圖２．３給出逡逑了一個(gè)典型的吸收工藝流程，其中吸收設(shè)備采用填料塔。逡逑V懾澹五五�？辶x希簀謇溴澹五五五五五五五義希福�？？逦逦逦逦辶x先氪篤義希停沖五五義希叔澹稿義希貳卞澹保卞澹危跺澹в皺義廈矗蓿劍劍卞澹叔逡誨義希劐宥ㄥ澹佩義廈村宄у澹靛澹欏危瑰義希澹邋澹義襄危五巍瑰危疲歟掊澹狽緇澹參賬義希澹苠危坼危蒎危沖澹桑粒渝澹矗簦礤義希插危剩咤危擔(dān)備粂U交換器逡逑ｘＺＺｖ邐６富液加熱器逡逑ｉ邋Ｊ，邋．１邋＾ｒｉ邋４邐ｌ0邋ｉ—Ｈ－邋？解吸塔邋８冷凝器逡逑￥邐ｆ邐？邐９}卞危保捌兌海駑義襄危懾危懾危卞危保逼讀先雌麇義賢跡玻車湫臀展ひ樟鞒掏煎義希疲椋紓澹玻沖澹校潁錚悖澹螅簀澹錚駑澹幔猓螅錚潁穡簦椋錚鑠義洗油賈鋅梢鑰吹劍財(cái)煞緇胩盍纖�，哉樥E亢托孿飾占兩薪櫓叔義轄換晃眨婧笤倬灰杭尤繞骷尤齲锏剿櫛露群蠼私馕�。富液由解辶x銜ゲ顆縟牒螅氪鈾捉氳鬧苯誘羝諤盍隙文嫦蚪喲テ�，富液脑懩溶辶x霞良負(fù)踅馕耆�，获得水蒸气及人G戀幕旌掀⒋由璞鋼辛鞒黿肜淙此淠義蝦蟮玫揭合嗟姆擲氬貳＝馕齪蟮鈉兌壕兌罕帽萌肴冉換黃饔敫揮徒腥冉換�，辶x纖婧蠼似兌豪淙雌骼淙

本文編號(hào)：2796122