直流等離子體噴槍降解亞甲基藍的實驗研究
發(fā)布時間：2020-03-23 21:19
【摘要】：大氣壓放電非熱等離子體可以在溶液中產(chǎn)生多種活性粒子(OH,H_2O_2,O,O_3等)和紫外輻射。因此,溶液中的大氣壓放電已被用于多種領(lǐng)域,如水的凈化、化學(xué)降解和滅菌。針對于此,本論文利用一種針-網(wǎng)結(jié)構(gòu)的放電裝置在水溶液中產(chǎn)生大量的活性粒子,并用于降解亞甲基藍染料。主要結(jié)果如下。利用針-網(wǎng)結(jié)構(gòu)的放電裝置,研究了水下運行直流激勵的空氣等離子體噴槍。通過電學(xué)和光學(xué)測量,發(fā)現(xiàn)隨著電源電壓的增加放電呈現(xiàn)三種穩(wěn)定的模式,間歇性脈沖放電、周期性脈沖放電和連續(xù)放電。研究了脈沖放電的等離子體羽長度和放電頻率隨電源電壓或空氣流量的變化關(guān)系。通過分析放電的伏安特性,發(fā)現(xiàn)連續(xù)模式的放電機制是正常輝光放電。通過放電的發(fā)射光譜,研究發(fā)現(xiàn)OH自由基和氧原子的譜線強度都隨著電源電壓或空氣流量的增加而增加。利用該等離子體噴槍,研究了水溶液中亞甲基藍染料的降解。通過分析亞甲基藍溶液的吸光度,發(fā)現(xiàn)隨著電源電壓、空氣流量或處理時間的增加,亞甲基藍染料的降解效率增加。與間歇性脈沖模式或周期性脈沖模式的降解效率相比,連續(xù)模式的降解效率更高(在處理21分鐘后達到98%)。利用化學(xué)方法證明了亞甲基藍降解的最終產(chǎn)物存在NO_3~-、SO_4~(2-)與Cl~-,并依此推斷了亞甲基藍降解的化學(xué)反應(yīng)過程。
【圖文】：
第 1 章 引言隨著工業(yè)的快速發(fā)展，各種高穩(wěn)定性的化學(xué)污染物和有害物質(zhì)（苯酚、苯等有機污染物）被大量的產(chǎn)生，因此從廢水中去除化學(xué)污染物和有害物質(zhì)是環(huán)境研究中的一個熱點問題[1, 2]。最初采用氯化等化學(xué)方法進行水消毒。然而，該方法的處理時間較長，并且導(dǎo)致處理效率較低。此外這種方法產(chǎn)生一些有害成分，如N-亞硝基二甲基胺（NDMA）三氯甲烷（THMS）和鹵代乙酸（HAAs）[3]，會導(dǎo)致直腸癌，并增加流產(chǎn)的風(fēng)險以及出生缺陷。這些化學(xué)物質(zhì)也嚴重影響人眼和腦部健康[4]。所有這些因素降低了氯化過程的安全性。此外，傳統(tǒng)的物理技術(shù)（吸附、凝結(jié)、過濾）也能夠有效處理工業(yè)廢水，但形成的污泥需要后需處理[5,6]。因此研究人員研發(fā)了高級氧化技術(shù)（AOP）并以此來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)與物理技術(shù)[7,8]。在AOP中，化學(xué)、電學(xué)或輻射都可用于產(chǎn)生高反應(yīng)性氧化劑（羥基自由基-OH，臭氧-O3，原子氧-O，過氧化氫-H2O2等）[9-11]，并導(dǎo)致高穩(wěn)定性的化學(xué)染料降解成不穩(wěn)定的分子（最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和無機離子）。
劑那么受歡迎，因為一旦臭氧的劑量不受控制，就會造成損害。而且臭氧氧化工藝成本遠高于氯化工藝成本，這也成為臭氧氧化的主要缺點。過氧化氫和臭氧的也可以組合在一起用于廢水處理，它們有強烈氧化作用[16]。然而，這種組合需要特殊的存儲裝置，且隨著時間的推移氧化作用變差，這使得相比于其他現(xiàn)有的氧化劑它們也不太受歡迎。臭氧和紫外輻射的組合處理以及紫外輻射和過氧化氫的組合處理也都可產(chǎn)生OH自由基[17,18]，但水濁度影響OH自由基生成速率。通過超聲波在水中的空化作用可產(chǎn)生微氣泡，由于這些微氣泡的爆破，在其內(nèi)部產(chǎn)生活性粒子，這導(dǎo)致OH自由基的產(chǎn)生[19]。然而，由于其具有較低的能量效率并且因為它使用時需要補充氧化劑如UV，臭氧或氫，，所以該方法也被證明是效率低的[20]。此外還可以通過用能量為幾MeV的高能量電子束直接撞擊有機污染物的分子加以降解[21]，但電子在水中運動的范圍限制了可以處理的水層厚度。微孔濾膜也可用于廢水處理[22]，但是濾膜需要連續(xù)清潔和更換，這降低了其使用的需求。由氣體放電產(chǎn)生的低溫等離子體具有克服以上缺陷的能力。這使得該等離子體技術(shù)對廢水處理成為等離子體研究的熱點問題[23-29]。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O53
本文編號：2597282
【圖文】：
第 1 章 引言隨著工業(yè)的快速發(fā)展，各種高穩(wěn)定性的化學(xué)污染物和有害物質(zhì)（苯酚、苯等有機污染物）被大量的產(chǎn)生，因此從廢水中去除化學(xué)污染物和有害物質(zhì)是環(huán)境研究中的一個熱點問題[1, 2]。最初采用氯化等化學(xué)方法進行水消毒。然而，該方法的處理時間較長，并且導(dǎo)致處理效率較低。此外這種方法產(chǎn)生一些有害成分，如N-亞硝基二甲基胺（NDMA）三氯甲烷（THMS）和鹵代乙酸（HAAs）[3]，會導(dǎo)致直腸癌，并增加流產(chǎn)的風(fēng)險以及出生缺陷。這些化學(xué)物質(zhì)也嚴重影響人眼和腦部健康[4]。所有這些因素降低了氯化過程的安全性。此外，傳統(tǒng)的物理技術(shù)（吸附、凝結(jié)、過濾）也能夠有效處理工業(yè)廢水，但形成的污泥需要后需處理[5,6]。因此研究人員研發(fā)了高級氧化技術(shù)（AOP）并以此來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)與物理技術(shù)[7,8]。在AOP中，化學(xué)、電學(xué)或輻射都可用于產(chǎn)生高反應(yīng)性氧化劑（羥基自由基-OH，臭氧-O3，原子氧-O，過氧化氫-H2O2等）[9-11]，并導(dǎo)致高穩(wěn)定性的化學(xué)染料降解成不穩(wěn)定的分子（最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和無機離子）。
劑那么受歡迎，因為一旦臭氧的劑量不受控制，就會造成損害。而且臭氧氧化工藝成本遠高于氯化工藝成本，這也成為臭氧氧化的主要缺點。過氧化氫和臭氧的也可以組合在一起用于廢水處理，它們有強烈氧化作用[16]。然而，這種組合需要特殊的存儲裝置，且隨著時間的推移氧化作用變差，這使得相比于其他現(xiàn)有的氧化劑它們也不太受歡迎。臭氧和紫外輻射的組合處理以及紫外輻射和過氧化氫的組合處理也都可產(chǎn)生OH自由基[17,18]，但水濁度影響OH自由基生成速率。通過超聲波在水中的空化作用可產(chǎn)生微氣泡，由于這些微氣泡的爆破，在其內(nèi)部產(chǎn)生活性粒子，這導(dǎo)致OH自由基的產(chǎn)生[19]。然而，由于其具有較低的能量效率并且因為它使用時需要補充氧化劑如UV，臭氧或氫，，所以該方法也被證明是效率低的[20]。此外還可以通過用能量為幾MeV的高能量電子束直接撞擊有機污染物的分子加以降解[21]，但電子在水中運動的范圍限制了可以處理的水層厚度。微孔濾膜也可用于廢水處理[22]，但是濾膜需要連續(xù)清潔和更換，這降低了其使用的需求。由氣體放電產(chǎn)生的低溫等離子體具有克服以上缺陷的能力。這使得該等離子體技術(shù)對廢水處理成為等離子體研究的熱點問題[23-29]。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O53
【參考文獻】
相關(guān)期刊論文 前1條
1 武海霞;方志;徐炎華;;Degradation of Aniline Wastewater Using Dielectric Barrier Discharges at Atmospheric Pressure[J];Plasma Science and Technology;2015年03期
本文編號：2597282
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