大气压非平衡等离子体在水处理中的应用研究

发布时间：2020-06-08 22:27

【摘要】：当放电等离子体和液体相互作用过程发生于大气环境中时,由于氮气(N2)、氧气(O2)以及水(H2O)的存在,在等离子体和液体界面处会发生一系列复杂的物理和化学过程,生成大量的活性氧化物和氮化物(Reactive oxygen and nitrogenspecies,RONS)。而正是这些物理化学过程和其生成的RONS,使得等离子体和液体相互作用系统可以应用到很多领域,污水处理即其众多应用之一。本篇论文主要对反应中产生的主要活性物质及其在有机物分解中的作用进行了实验探究。利用导数光谱法,本文对等离子体和液体相互作用过程中,溶液中生成的双氧水(H2O2)、硝酸根离子(NO3-)和亚硝酸根离子(NO2-)的量进行了简单快速地实时监测。实验结果表明,溶液的pH值在H2O2、NO2-和NO3-的生成和转换中发挥了至关重要的作用。文章也考察了系统中影响H2O2产量的因素。实验发现H2O2的生成量在很大程度上依赖于在等离子体和液体交界面处发生的溅射、水合离子的场致发射以及水溶液的蒸发等过程。因为反应在大气环境中进行,溶液中生成的硝酸(HNO3)和亚硝酸(HNO2)会导致溶液的pH值不断下降。为了实现对溶液pH值的控制,碳酸氢钠(NaHCO3)被用作酸碱缓冲液来调节溶液的pH变化。实验发现,等离子体的放电极性及溶液温度对NaHCO3的缓冲效果具有很大的影响。为了研究等离子体在污水处理中的应用,本文考察了等离子体处理甲基橙(MO)溶液模拟的有机废水。结果表明等离子体作用于液体时产生的短寿命物质氢氧根自由基(OH)在MO的分解中发挥了主导作用,而产生的长寿命物质如H202等,不能直接分解溶液中的MO。但是,当溶液处于低pH值的酸性环境时,N02-和H202会发生一系列的反应生成高反应活性的过氧亚硝酸(ONOO-)和亚硝摀离子(NO+),从而加速MO的分解。当溶液中存在二价铁离子(Fe2+)时,Fe2+会和溶液中生成的H2O2发生芬顿反应生成OH,加速MO的分解。
【图文】：

第二章等离子体作用于液体的基本性质和特点逡逑２．１等离子体和液体相互作用系统的分类逡逑如图２－１所示等离子体和液体相互作用系统大致可以分为三种类型：逡逑（１）

结果，向阳极运动的电子越来越多，像雪崩一样增长。电子雪崩理论适用逡逑于电子沿电场的定向运动占优势、热运动占次要地位的情况。在汤生放电理论逡逑中共提出了三种电离过程，分别用三个电离系数描述。如图２－２邋（ａ）所示为汤逡逑生放电理论中三种电离系数的作用原理。汤生第一电离系数ｃｔ描述的是电子在逡逑运动过程中与气体原子发生碰撞电离产生电子离子对的情况，大小为每个电子逡逑在沿电场反方向运动１邋ｃｍ距离的过程中，与气体原子发生碰撞电离产生的电子逡逑－离子对的数目，即气体中的电子碰撞电离过程；汤生第二电离系数Ｐ描述的是逡逑６邋＊逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O539

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本文编号：2703738