液相脉冲流光放电催化降解二甲基亚砜的研究

发布时间：2020-08-31 20:04

　　本论文对催化液相脉冲流光放电降解有机物进行了系统研究。以二甲基亚砜为降解对象,研究了液相脉冲流光放电活性物质的产生,比较了均相催化和非均相催化对液相脉冲流光放电降解有机物的催化效能。通过考察均相(Cu(II)、Mn(II)、Fe(III)与Fenton)和非均相(γ-Al_2O_3,Cu(II)/γ-Al_2O_3 , Fe(III)/γ-Al_2O_3 , Mn(II)/γ-Al_2O_3 , Cu(II)Mn(II)/γ-Al_2O_3 ,Fe(III)Mn(II)/γ-Al_2O_3)催化流光放电所降解的二甲基亚砜(DMSO)及其产物浓度曲线,产物S、C元素选择性及能量效率,认为DMSO降解的主要产物为CH3SO2-、CH3SO3-、SO42-、HCHO。几种均相催化液相脉冲流光放电DMSO降解率之比在放电30min时为Fenton : Cu~(2+) : Mn~(2+) : Fe3+ :无均相催化= 3.78 : 2.20 : 2.06 : 1.08 : 1,其中Fenton催化体系的DMSO降解曲线拐点出现在25min,DMSO降解率76.6%。Fe~(2+)催化流光放电DMSO降解产物S选择性保持了较好的平衡(S选择性之和86.6%~98.8%),各中间产物S选择性之比(流光放电45min时)为CH3SO2- : CH3SO3- : SO42-=5.0 : 15.9 : 1。O2流量的通入对均相催化液相流光放电降解DMSO有阻碍作用,含Mn的单一或二元金属负载型催化剂的DMSO降解产物主要分布在CH3SO2-、CH3SO3-等初步生成产物上,而含Cu的单一或二元金属负载型催化剂的DMSO降解产物主要分布在HCHO等高等生成产物上,说明Cu负载型催化剂对DMSO流光放电催化降解比Mn的更彻底,均相催化较非均相催化效果好,最高能量效率为Fenton催化流光放电DMSO降解,按37%能量效率计为0.0124mol-DMSO/kWh。建立了液相脉冲流光放电-Fenton体系化学反应模型和参数敏感性分析模型,化学反应模型结果与试验结果进行比较,考察DMSO降解机理,参数敏感性模型考察了流光放电子体系和Fenton子体系对DMSO降解的贡献。模型较好地模拟了液相脉冲流光放电-Fenton体系的DMSO降解,分析体系模型得到产生的主要产物自由基为CH3S(O)2O2·和CH3S(O)2O·,存在的主要活性自由基为HO2?、O2-?和?OH。模型参数敏感性分析得到流光放电体系对液相流光放电-Fenton体系降解DMSO的影响远大于Fenton体系,体系初始条件对DMSO降解亦有影响,Fe~(2+)投加量应有一个最佳值。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【部分图文】：

等离子放电,活性物质,机理,通道

等离子放电通道产活性物质的机理[66]

反应器,滑动弧,等离子体反应器,液相

图1-6（c）为峰值电压 5.5kV、峰值电流 90kA 的液电脉冲电弧等离子反应器[108]。图 1-6（d）为浮质型电晕等离子反应器[109]，被污染的水样和压缩空气一起被雾化喷入反应器发生电晕放电，产生的气相活性物质对污染物降解，净化后的水样由反应器底部水箱收集，处理水量 50m3/h，费用 28RMB/m3。图 1-6（e）[110]为滑动弧等离子反应器，滑动弧的基本原理是在有气体通过的两电极间产生电弧放电，运动的气体促使电弧沿电极运动而增大等离子区域，可以在水面上设置滑动弧等离子体或直接将待处理水样雾化喷入滑动弧等离子区。图 1-6（f）[111]为泡沫型等离子反应器，它是在电极间的水溶液中加入表面活性剂，通入气体时产生大量泡沫，在泡沫中发生放电，从而促进活性物质的生成。更多更新的等离子新技术还在不多尝试和研究中。

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脉冲流光放电电压、放电电流、电极电流密度、瞬时功率和单脉冲评价液相等离子反应器负载的重要参数，它们直接影响反应器的能效果和能量效率，同时作为与脉冲高压电源匹配的负载也直接影响量效率。本章将对上述参数在本实验条件下相互关系、产生活性物及对电源系统的影响作讨论，最后建立液相脉冲流光放电后的化学相脉冲流光放电发光现象脉冲等离子蒸馏水中放电发光照片如图 3-1。图 3-1(a)、3-1(b)分别条件下液相脉冲流光放电照片，图 3-1(c)为明室条件下液相脉冲火。从图 3-1(a)、3-1(b)可以看到暗室条件下明显的随机分岔流光通道下分岔通道较暗室不明显，流注有粉红色光发出。图 3-1(c)脉冲火色强光通道跨越两电极间。

【参考文献】