【摘要】：全球工業(yè)化進程不斷加快,工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展,雖然生產(chǎn)效率提升很大,但是向環(huán)境中排放大量的有機化合物。不同結(jié)構(gòu)的有機化合物,其表現(xiàn)出的環(huán)境行為也千差萬別。從分子結(jié)構(gòu)上看,平均鍵焓大、平均鍵長短的有機物質(zhì)其化學穩(wěn)定性好、反應(yīng)活性低,降解處理困難。從分子結(jié)構(gòu)的角度,環(huán)境有機污染物大體可分為三類：雜環(huán)類環(huán)境有機污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物、鏈式環(huán)境有機污染物。對于含有雜環(huán)類環(huán)境有機污染物、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物、或者鏈式環(huán)境有機污染物的廢水,采用常規(guī)水處理技術(shù)已不能滿足國家對環(huán)境質(zhì)量標準提高的要求。所謂“等離子體”,簡單說就是電中性的粒子集合體,它是由正負離子、電子、自由基和各種活性基團組成的集合體。低溫等離子體的放電過程中雖然電子溫度很高(大于104K),但離子溫度可低至300K,整個體系呈現(xiàn)低溫乃至室溫狀態(tài),這是常規(guī)化學反應(yīng)不具備的特點。由于低溫等離子體所富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子具有很高的反應(yīng)活性,可以促使常規(guī)條件下難以進行的反應(yīng)得以實現(xiàn)。本文從分子結(jié)構(gòu)、化學穩(wěn)定性以及毒性等方面,篩選出典型的雜環(huán)類、含苯環(huán)類和鏈式環(huán)境有機污染物,分別為噻蟲嗪(TIHA)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和全氟辛酸(PFOA)。采用低溫等離子體技術(shù)處理上述三類環(huán)境有機污染物,并對污染物的降解動力學和降解機理進行了探究。研究的主要結(jié)論如下：1)根據(jù)低溫等離子體技術(shù)的特點,研制了液面循環(huán)流動間歇式的介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體反應(yīng)器。該反應(yīng)器采用輻流式裝置,底部中心進水,邊上出水,電極設(shè)置于水面正上方并形成垂直于水面的均勻、穩(wěn)定的等離子體區(qū)域。等離子體直接轟擊水面,在氣液界面與難降解有機污染物分子發(fā)生反應(yīng)。2)對低溫等離子技術(shù)處理不同環(huán)境有機污染物的反應(yīng)條件進行了優(yōu)化,結(jié)果表明,含有雜環(huán)類環(huán)境有機污染物TIHA、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP、鏈式環(huán)境有機污染物PFOA具有類似的最佳反應(yīng)條件：初始濃度100mg/L,放電電壓80V,弱酸性環(huán)境(pH=3.5)、低電導率(80μs/cm)和適宜濃度催化Fe2+(25mg/L),同時盡量避免羥基自由基(·OH)抑制劑如乙二醇等物質(zhì)的存在。3)對不同環(huán)境有機污染物的降解機理進行了初步研究。雜環(huán)類環(huán)境有機污染物THIA以被氧化成小分子物質(zhì)為主要反應(yīng)方向,降解過程中有一些弱酸性中間產(chǎn)物產(chǎn)生,導致溶液的pH值逐漸降低；添加·OH抑制劑后,僅有一小部分2,4-DCP被分解,表明·OH在含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP的分解過程中起了主要作用；加入抑制劑乙二醇降低溶液中·OH含量,會導致鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解效率降低,仍有一部分鏈式環(huán)境有機污染物PFOA被降解,說明·OH在降解反應(yīng)中處于主導地位,但不是唯一的氧化物質(zhì),存在一定的協(xié)同氧化降解作用。4)研究了低溫等離子體技術(shù)處理水中難降解有機污染物的反應(yīng)規(guī)律,建立了反應(yīng)動力學方程,為進一步優(yōu)化反應(yīng)條件和提高降解效果奠定了理論基礎(chǔ),并可為低溫等離子體技術(shù)的工程化應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導。水中雜環(huán)類有機物質(zhì)THIA和含苯環(huán)類有機污染物2,4-DCP的降解過程以一級動力學反應(yīng)為主。當溶液中pH不大于7時,鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解過程動力學曲線符合一級動力學方程。但當pn達到9.5時,鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解過程動力學曲線符合二級動力學方程,這主要是因為溶液中的堿性物質(zhì)影響了鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液中活性物質(zhì)的含量,此時鏈式環(huán)境有機污染物PFOA溶液的降解不但與溶液中鏈式環(huán)境有機污染物PFOA的含量相關(guān),還受到了活性物質(zhì)的含量的制約。5)通過HPLC-MS分析低溫等離子體技術(shù)處理水中難降解有機污染物的降解產(chǎn)物,探究了雜環(huán)類有機污染物TIHA廢水、含苯環(huán)類環(huán)境有機污染物2,4-DCP廢水、鏈式環(huán)境有機污染物PFOA廢水的降解過程和作用機理,為低溫等離子體技術(shù)在有機廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論支持。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【圖文】：

．１．１反應(yīng)器工作原理逡逑在氣液界面，介質(zhì)阻擋低溫等離子體的高能電子可將氧氣分子和水分子離、激發(fā)活化成強氧化性的－０Ｈ自由基，反應(yīng)器的裝置促使環(huán)境有機污染的分子在氣水界面上循環(huán)流動，強氧化性的？邋０Ｈ自由基等活性粒子對界面的環(huán)境有機污染物的分子進行激發(fā)離解，將環(huán)境有機污染物的大的化學性質(zhì)定的分子降解為小的或相對較小的分子，達到降解水中難降解有機物的目．１．２蜂窩陶瓷板的改性逡逑采用蜂窩陶瓷板有利于調(diào)整氣液界面的間距和控制液面平整的水膜，由可Ｗ看出，未經(jīng)改性的附著二氧化鐵薄膜的蜂窩陶瓷表面出現(xiàn)大量的裂縫，逡逑其分割成眾多不規(guī)則的區(qū)域，在一定程度上減小了比表面積。經(jīng)過改性的化鐵，從ＳＥＭ圖中可看出，相比于未改性的二氧化鐵，表面分布更加均勻，逡逑構(gòu)趨于統(tǒng)一化，X棿罅吮缺礱婊頹姿裕簦鰨椋諞歡ǔ潭壬蟈棿罅慫ぶ腥疚錆頭湮煙沾砂宓慕喲セ�，有利又@嶸到廡Ч�。辶x

本文編號：2773722