電脈沖技術(shù)在電凝聚法污水處理和微弧氧化領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各個學科的交叉研究變得尤為重要。二十一世紀，生物學與生物工程、材料學與材料工程、環(huán)境學與環(huán)境工程等三大學科的發(fā)展對人類的生存和發(fā)展、科技的進步及創(chuàng)新等都具有重要的意義。目前，環(huán)境問題日益突出，污水處理的研究變得迫切；同時，由于應(yīng)用領(lǐng)域的擴展以及對材料各類性質(zhì)的要求在不斷提升，材料的表面改性也成為目前研究的熱點。污水處理和材料表面改性這兩個方向都涉及多個學科，研究難度較大。采用脈沖電凝聚法進行污水處理，以及針對閥金

2、屬進行脈沖微弧氧化處理，兩者遵循的基本原理都屬于電化學理論范疇，使用的設(shè)備方法是電力電子研究的領(lǐng)域，因而，兩個方向都屬于典型的交叉學科研究。 本文針對脈沖電絮凝法印染污水處理和脈沖微弧氧化等兩個特定的應(yīng)用場合，在深入分析電解槽負載的基礎(chǔ)上，得出電解槽負載的等效電路，自制了分別用于污水處理和微弧氧化場合的特種形變脈沖電源，在此基礎(chǔ)上，進行了大量的實驗研究，得出了一些有意義的結(jié)論。主要內(nèi)容包括： （1）形變功率脈沖電源的設(shè)計

3、和調(diào)試 針對脈沖電絮凝法印染污水處理和脈沖微弧氧化等兩個特定的應(yīng)用，根據(jù)要求分別設(shè)計了脈沖電源。電源樣機可以輸出特定的電壓波形，而且輸出脈沖電壓的幅值、頻率和占空比等參數(shù)可以實現(xiàn)可編程數(shù)字調(diào)節(jié)。實驗表明，電源樣機可以滿足污水處理及微弧氧化等實驗的具體要求。通過功率脈沖電源的研制，為脈沖電凝聚法印染污水處理以及鎂合金微弧氧化的實驗研究奠定了基礎(chǔ)。類似的形變功率電源在相關(guān)文獻報道中并不多見，本文所設(shè)計的脈沖電源輸出波形種類多，可以調(diào)

4、節(jié)的參數(shù)多，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，是這類形變電源的改進和提高。 （2）電解槽負載特性的分析 本文從電化學理論入手，分析了電凝聚過程中與負載工作特性相關(guān)的化學反應(yīng)過程，在直流作用下的電解槽負載特性分析的基礎(chǔ)上，對脈沖電源作用下的負載特性進行了分析。通過電化學領(lǐng)域使用的電化學阻抗譜（Electrochemical impedance spectroscopy，簡稱EIS）研究方法，對電解槽進行建模，得出定性和定量的模型，通過實驗測量

5、電壓、電流曲線，進行參數(shù)擬合的方法，得出實際應(yīng)用時負載的定量模型。深入分析了等效電路各個參數(shù)的具體意義，得出雙電層電容等參數(shù)和污水處理效果的關(guān)系。通過改變電解槽的電極配置來實現(xiàn)改變等效電路各電容、電阻等參數(shù)的值，從而改變電解槽電流，最后得出了等效電路參數(shù)和電極配置的關(guān)系。 本文針對電解槽負載特性進行定性、定量分析，得出其等效電路模型，并采用該模型解釋、解決具體的問題，得出相關(guān)結(jié)論，這樣的研究方法在文獻中未見報道。該方法采用了EI

6、S理論，并將電解槽的模型作為電化學電極反應(yīng)和電路分析的橋梁。 （3）脈沖電絮凝法污水處理的實驗研究 本文針對印染污水，利用自制電源進行了一系列污水處理實驗和結(jié)果分析。得出了脈沖參數(shù)和凈化效果、電能凈化效率的關(guān)系。這些結(jié)論為脈沖電凝聚法印染污水處理中，脈沖形式和脈沖參數(shù)的選擇提供了實驗驗證，具有借鑒意義。 在負載特性分析的基礎(chǔ)上，分別討論了電壓幅值、電解槽單元數(shù)目、極板間距、脈沖的頻率及占空比等因素與視在功率、有功

7、功率、電流有效值、電流峰值等因素的關(guān)系，分析了脈沖電凝聚法污水處理的功耗，得出功耗和脈沖參數(shù)的關(guān)系，這些結(jié)論及詳細理論推導對于本方法的工程應(yīng)用具有重要參考意義。在此基礎(chǔ)上，討論了污水處理中影響功耗的主要因素，通過計算和外推得出實際工業(yè)應(yīng)用中該方法的能耗狀況，為該方法的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。 （4）脈沖微弧氧化的研究 本文針對鎂合金AZ91D，進行了脈沖微弧氧化的研究。本文首次從實驗現(xiàn)象，極化曲線、X射線衍射圖譜（XRD