直流等离子体喷枪降解亚甲基蓝的实验研究
发布时间：2020-03-23 21:19
【摘要】：大气压放电非热等离子体可以在溶液中产生多种活性粒子(OH,H_2O_2,O,O_3等)和紫外辐射。因此,溶液中的大气压放电已被用于多种领域,如水的净化、化学降解和灭菌。针对于此,本论文利用一种针-网结构的放电装置在水溶液中产生大量的活性粒子,并用于降解亚甲基蓝染料。主要结果如下。利用针-网结构的放电装置,研究了水下运行直流激励的空气等离子体喷枪。通过电学和光学测量,发现随着电源电压的增加放电呈现三种稳定的模式,间歇性脉冲放电、周期性脉冲放电和连续放电。研究了脉冲放电的等离子体羽长度和放电频率随电源电压或空气流量的变化关系。通过分析放电的伏安特性,发现连续模式的放电机制是正常辉光放电。通过放电的发射光谱,研究发现OH自由基和氧原子的谱线强度都随着电源电压或空气流量的增加而增加。利用该等离子体喷枪,研究了水溶液中亚甲基蓝染料的降解。通过分析亚甲基蓝溶液的吸光度,发现随着电源电压、空气流量或处理时间的增加,亚甲基蓝染料的降解效率增加。与间歇性脉冲模式或周期性脉冲模式的降解效率相比,连续模式的降解效率更高(在处理21分钟后达到98%)。利用化学方法证明了亚甲基蓝降解的最终产物存在NO_3~-、SO_4~(2-)与Cl~-,并依此推断了亚甲基蓝降解的化学反应过程。
【图文】：
第 1 章 引言随着工业的快速发展，各种高稳定性的化学污染物和有害物质（苯酚、苯等有机污染物）被大量的产生，因此从废水中去除化学污染物和有害物质是环境研究中的一个热点问题[1, 2]。最初采用氯化等化学方法进行水消毒。然而，该方法的处理时间较长，并且导致处理效率较低。此外这种方法产生一些有害成分，如N-亚硝基二甲基胺（NDMA）三氯甲烷（THMS）和卤代乙酸（HAAs）[3]，会导致直肠癌，并增加流产的风险以及出生缺陷。这些化学物质也严重影响人眼和脑部健康[4]。所有这些因素降低了氯化过程的安全性。此外，传统的物理技术（吸附、凝结、过滤）也能够有效处理工业废水，但形成的污泥需要后需处理[5,6]。因此研究人员研发了高级氧化技术（AOP）并以此来代替传统的化学与物理技术[7,8]。在AOP中，化学、电学或辐射都可用于产生高反应性氧化剂（羟基自由基-OH，臭氧-O3，原子氧-O，过氧化氢-H2O2等）[9-11]，并导致高稳定性的化学染料降解成不稳定的分子（最终转化为二氧化碳、水和无机离子）。
剂那么受欢迎，因为一旦臭氧的剂量不受控制，就会造成损害。而且臭氧氧化工艺成本远高于氯化工艺成本，这也成为臭氧氧化的主要缺点。过氧化氢和臭氧的也可以组合在一起用于废水处理，它们有强烈氧化作用[16]。然而，这种组合需要特殊的存储装置，且随着时间的推移氧化作用变差，这使得相比于其他现有的氧化剂它们也不太受欢迎。臭氧和紫外辐射的组合处理以及紫外辐射和过氧化氢的组合处理也都可产生OH自由基[17,18]，但水浊度影响OH自由基生成速率。通过超声波在水中的空化作用可产生微气泡，由于这些微气泡的爆破，在其内部产生活性粒子，这导致OH自由基的产生[19]。然而，由于其具有较低的能量效率并且因为它使用时需要补充氧化剂如UV，臭氧或氢，，所以该方法也被证明是效率低的[20]。此外还可以通过用能量为几MeV的高能量电子束直接撞击有机污染物的分子加以降解[21]，但电子在水中运动的范围限制了可以处理的水层厚度。微孔滤膜也可用于废水处理[22]，但是滤膜需要连续清洁和更换，这降低了其使用的需求。由气体放电产生的低温等离子体具有克服以上缺陷的能力。这使得该等离子体技术对废水处理成为等离子体研究的热点问题[23-29]。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53
本文编号：2597282
【图文】：
第 1 章 引言随着工业的快速发展，各种高稳定性的化学污染物和有害物质（苯酚、苯等有机污染物）被大量的产生，因此从废水中去除化学污染物和有害物质是环境研究中的一个热点问题[1, 2]。最初采用氯化等化学方法进行水消毒。然而，该方法的处理时间较长，并且导致处理效率较低。此外这种方法产生一些有害成分，如N-亚硝基二甲基胺（NDMA）三氯甲烷（THMS）和卤代乙酸（HAAs）[3]，会导致直肠癌，并增加流产的风险以及出生缺陷。这些化学物质也严重影响人眼和脑部健康[4]。所有这些因素降低了氯化过程的安全性。此外，传统的物理技术（吸附、凝结、过滤）也能够有效处理工业废水，但形成的污泥需要后需处理[5,6]。因此研究人员研发了高级氧化技术（AOP）并以此来代替传统的化学与物理技术[7,8]。在AOP中，化学、电学或辐射都可用于产生高反应性氧化剂（羟基自由基-OH，臭氧-O3，原子氧-O，过氧化氢-H2O2等）[9-11]，并导致高稳定性的化学染料降解成不稳定的分子（最终转化为二氧化碳、水和无机离子）。
剂那么受欢迎，因为一旦臭氧的剂量不受控制，就会造成损害。而且臭氧氧化工艺成本远高于氯化工艺成本，这也成为臭氧氧化的主要缺点。过氧化氢和臭氧的也可以组合在一起用于废水处理，它们有强烈氧化作用[16]。然而，这种组合需要特殊的存储装置，且随着时间的推移氧化作用变差，这使得相比于其他现有的氧化剂它们也不太受欢迎。臭氧和紫外辐射的组合处理以及紫外辐射和过氧化氢的组合处理也都可产生OH自由基[17,18]，但水浊度影响OH自由基生成速率。通过超声波在水中的空化作用可产生微气泡，由于这些微气泡的爆破，在其内部产生活性粒子，这导致OH自由基的产生[19]。然而，由于其具有较低的能量效率并且因为它使用时需要补充氧化剂如UV，臭氧或氢，，所以该方法也被证明是效率低的[20]。此外还可以通过用能量为几MeV的高能量电子束直接撞击有机污染物的分子加以降解[21]，但电子在水中运动的范围限制了可以处理的水层厚度。微孔滤膜也可用于废水处理[22]，但是滤膜需要连续清洁和更换，这降低了其使用的需求。由气体放电产生的低温等离子体具有克服以上缺陷的能力。这使得该等离子体技术对废水处理成为等离子体研究的热点问题[23-29]。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 武海霞;方志;徐炎华;;Degradation of Aniline Wastewater Using Dielectric Barrier Discharges at Atmospheric Pressure[J];Plasma Science and Technology;2015年03期
本文编号：2597282
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