利用低溫等離子體技術(shù)處理水中難降解有機(jī)污染物的研究.pdf

1、全球工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，雖然生產(chǎn)效率提升很大，但是向環(huán)境中排放大量的有機(jī)化合物。不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，其表現(xiàn)出的環(huán)境行為也千差萬別。從分子結(jié)構(gòu)上看，平均鍵焓大、平均鍵長短的有機(jī)物質(zhì)其化學(xué)穩(wěn)定性好、反應(yīng)活性低，降解處理困難。從分子結(jié)構(gòu)的角度，環(huán)境有機(jī)污染物大體可分為三類:雜環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物、鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物。對于含有雜環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物、或者鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物的廢水，采

2、用常規(guī)水處理技術(shù)已不能滿足國家對環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)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(xiàn)低溫乃至室溫狀態(tài)，這是常規(guī)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)活性，可以促使常規(guī)條件下難以進(jìn)行的反應(yīng)得以實現(xiàn)。
　

3、　本文從分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)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?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)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(shù)處理上述三類環(huán)境有機(jī)污染物，并對污染物的降解動力學(xué)和降解機(jī)理進(jìn)行了探究。
　　研究的主要結(jié)論如下：
　　1)根據(jù)低溫等離子體技術(shù)的特點，研制了液面循環(huán)流動間歇式的介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體反應(yīng)器。該反應(yīng)器采用輻流式裝置，底部中心進(jìn)水

4、，邊上出水，電極設(shè)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(jī)污染物分子發(fā)生反應(yīng)。
　　2)對低溫等離子技術(shù)處理不同環(huán)境有機(jī)污染物的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，含有雜環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物TIHA、含苯環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物2，4-DCP、鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA具有類似的最佳反應(yīng)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(dǎo)率(80μs/cm

5、)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(zhì)的存在。
　　3)對不同環(huán)境有機(jī)污染物的降解機(jī)理進(jìn)行了初步研究。雜環(huán)類環(huán)境有機(jī)污染物THIA以被氧化成小分子物質(zhì)為主要反應(yīng)方向，降解過程中有一些弱酸性中間產(chǎn)物產(chǎn)生，導(dǎo)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(jī)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

6、液中·OH含量，會導(dǎo)致鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA溶液的降解效率降低，仍有一部分鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA被降解，說明·OH在降解反應(yīng)中處于主導(dǎo)地位，但不是唯一的氧化物質(zhì)，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(shù)處理水中難降解有機(jī)污染物的反應(yīng)規(guī)律，建立了反應(yīng)動力學(xué)方程，為進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件和提高降解效果奠定了理論基礎(chǔ)，并可為低溫等離子體技術(shù)的工程化應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。水中雜環(huán)類有機(jī)物質(zhì)THIA和含苯環(huán)類有機(jī)污

7、染物2，4-DCP的降解過程以一級動力學(xué)反應(yīng)為主。當(dāng)溶液中pH不大于7時，鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA溶液的降解過程動力學(xué)曲線符合一級動力學(xué)方程。但當(dāng)pH達(dá)到9.5時，鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA溶液的降解過程動力學(xué)曲線符合二級動力學(xué)方程，這主要是因為溶液中的堿性物質(zhì)影響了鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA溶液中活性物質(zhì)的含量，此時鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA溶液的降解不但與溶液中鏈?zhǔn)江h(huán)境有機(jī)污染物PFOA的含量相關(guān)，還受到了活性物質(zhì)的含量的制約。<