高壓脈沖氣液混合放電降解對氯苯酚的研究.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。本文以對氯苯酚(4-CP)為目標污染物，對該體系下反應器設計和比較、電源參數(shù)及工藝參數(shù)優(yōu)化、有機污染物降解機理探討以及降解動力學模型建立等方面進行較為系統(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器形式：高壓電極和地極均浸沒在溶液中(HDBW)；高壓電極浸沒在水中，地極置于液面上

2、(HDAW)；高壓電極置于液面上，地極浸沒在水中(GD)。通過比較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，認為HDAW反應器能結(jié)合氣相和液相共同放電促進4-CP降解，是一種高效新型的氣液混合放電反應器。同時對該反應器各種操作參數(shù)進行優(yōu)化，其中火花放電7 min后4-CP去除效率能達到100％。通過研究不同的放電形式、活性物質(zhì)在放電過程中的作用，認為4-CP的降解主要以"OH氧化為主。

3、 其次，設計了一種新型的連續(xù)流氣液混合放電反應器，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)個數(shù)對4-CP降解和能量利用率的影響，當脈沖電壓為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，能量利用率維持在一個較高的值(5.39×10-9 mol/J)，同時4-CP降解效果也較高(88.3％)。該反應器所產(chǎn)生的臭氧和雙氧水也能用于4-CP去除。根據(jù)基本化學工程原理建立動力

4、學模型來預測4-CP降解以及中間產(chǎn)物變化情況。 在此基礎上，探討了O2、N2、Air條件下4-CP降解機理。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)類產(chǎn)物，如氯代鄰苯二酚、對苯酚、2,4-二氯酚、對苯醌，以及有機酸等。在N2條件下還檢測到含氮化合物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，主要是通過羥基自由基以及N等離子體攻擊苯環(huán)進行降解；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降解動力學模型。確定了脈沖電壓、脈沖頻率、溶液電導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)體系檢驗模型的有效性。根據(jù)模型計算得到