收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

人工环境下氧化性自由基对气态污染物的作用机理及应用

康颖  
【摘要】: 人类赖以生存的环境中存在着稳定的物质和能量平衡,一定量的污染物排放可在环境内部循环净化,大气环流中氧化性自由基与各类气态污染物的反应在此过程中发挥了重要作用。本文在深入认识挥发性有机污染物(VOCs)和含硫化合物在大气环境中迁移和转化途径的基础上,借助电晕放电等离子体技术在人工环境下模拟大气环流中氧化性自由基的产生和对多种污染物的降解,探索机理并将其应用于大气污染控制使污染物在排入环境之前得到净化与利用。 首先利用电子自旋共振波谱(ESR)技术实现了对电晕放电引发的气相自由基的捕集与检测;通过置换不同的放电介质确认了背景气体中H_2O为主要自由基源,O_2的存在可增强自由基产率;自由基发生方式如下:同轴式电晕放电反应器的放射型喷嘴电晕极与接地极间外加高压电场而形成电晕区域,自由基源气体分子在电晕区域内受高能电子攻击发生电离产生自由基。这一结果为深入研究模拟大气环境中氧化性自由基与挥发性有机物的反应过程奠定了基础。 重点考察了由直流电晕放电引发的羟基自由基(HO·)对苯系物的降解行为及影响因素。结果表明,反应器极间电压(V_p)的升高、停留时间(t_s)的延长使氧化性自由基产率增大而有利于污染物的降解,含苯模拟废气在适宜的相对湿度62%-70%下达到最大降解效率(c_0=304 mg/m~3,V~p=28 kV,t_s=50s,η=80%);应用液相吸收法收集苯系物降解的中间产物并进行高效液相色谱(HPLC)分析,验证了苯系物在电晕放电过程中的反应历程为HO·在苯环上的不断加成导致开环和深度氧化;发现苯、甲苯、乙苯、二甲苯(BTEX)共存体系中存在降解竞争机制,其降解的难易顺序为苯>甲苯>乙苯>邻二甲苯,遵循苯环上支链越多越易被攻击发生断裂的规律。 深入研究了电晕放电致氧化性自由基在含过渡金属离子气溶胶中增强甲苯降解的行为和机理。采用气溶胶分散技术制备Fe~(2+)、Co~(2+)和Mn~(2+)的气溶胶体系并考察了体系内微液滴中不同离子种类和浓度对甲苯降解速率的影响。结果表明,三种离子增强作用相近,Mn~(2+)略高于Co~(2+)和Fe~(2+),0.05 mol/L的离子浓度增强效果最明显;甲苯氧化反应速率增强机理如下:(1)在自由基作用下部分降解生成可溶性中间产物通过气液界面溶解于微液滴;(2)放电反应产生的H_2O_2等氧化剂通过气液界面溶解于微液滴并与过渡金属离子发生类Fenton反应产生强氧化性HO·;(3)溶解的污染物和中间产物与HO·进一步发生氧化反应而降解。通过气、液两相中间产物的检测证实了上述过程的发生,此过程也较好地吻合实际大气气溶胶中污染物的复相转化机理。 开发了电晕放电致氧化性自由基对多种含硫恶臭废气:硫化氢、二硫化碳、二甲基二硫醚、噻吩、甲硫醚、乙硫醚等的降解行为研究,为深入认识含硫化合物在大气环境中迁移转化规律提供了实验依据。结果表明,在氧化性自由基氛围下这些还原性硫化物易于转化:在静态N_2+1.5%H_2S+2%H_2的气氛下添加10%O_2,H_2S的去除率由28%提高到80%(V_p=28 kV,t_s=80s),动态空气气氛下初始浓度为18 mg/m~3的H_2S在V_p=28 kV,t_s=9 s时去除率可达96%;含硫化合物的氧化产物主要为COS、SO_2和CO_2,羰基硫由于其化学惰性较难被氧化去除,这一转化特性符合大气环流中硫化物的相应转化规律。 初步探讨了以NOx为供氧源对有机物氧化反应的可行性。实验证明,在电晕放电条件下,NO和NO_2中的氧与作为目标电子供体的苯分子发生氧化还原反应。将公认为污染物的NOx作为有用的氧化剂,充当电子受体,提供氧原子,实现对苯的氧化,且自身还原为洁净的N_2。 发展了电晕放电引发氧化性自由基对微生物气溶胶的致菌失活技术。研究表明,反应器极间电压和处理时间是影响致菌失活效率的主要因素。当细菌初始浓度为3×10~6 CFU/m~3,极间电压为20 kV,处理时间为150 s时,致菌失活效率为99.99%,而极间电压为10 kV,处理时间为35 s下,致菌失活效率仍可达到97.90%,证实了电晕放电过程中HO·等氧化性活性粒子的产生通过对微生物细胞壁、细胞膜等机体的氧化作用使细菌失活;控制低电压即能在产生足够自由基而不产生臭氧的情况下达到致菌失活的目的。 进行了电晕放电致羟基自由基处理多种气态污染物的工业放大设计与试验。设计了处理能力为5000 m~3/h的工业放大中试反应装置,对炼油厂含硫恶臭废气、化工厂和制药厂污水处理挥发废气进行了中试脱除试验。对浓度低于1000 mg/m~3炼油厂硫化氢废气的去除率普遍高于90%;污水处理厂的多种挥发性恶臭废气均有良好的处理效果,卤代烷烃类、吡啶脱除率多为70%-80%,苯系物、总有机物的脱除率均高于80%,含硫恶臭和甲基异丁基酮(MIBK)的去除率则在95%以上。该方法适用面广,应用性强。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张建良,张仁熙,房豪杰,潘循皙,侯惠奇;新温室气体SF_5CF_3的汇[J];中国环境科学;2005年S1期
2 陆长元,韩镇辉,王文锋,林维真,张连文,姚思德,林念芸;鸟嘌呤核苷酸与核黄素氧化性自由基之间的电子转移研究[J];辐射研究与辐射工艺学报;2000年04期
3 高翔;吴祖良;孙培德;李济吾;骆仲泱;倪明江;岑可法;;烟气成分对电晕放电NO转化过程的影响[J];浙江大学学报(工学版);2008年05期
4 汪世龙;朱大章;孙晓宇;史钧;倪亚明;王文峰;姚思德;;喹啉降解过程瞬态粒子的光谱分析[J];光谱学与光谱分析;2006年08期
5 祁巧艳;王晓蕾;孙剑辉;张干;;Sn(Ⅳ)掺杂纳米TiO_2/AC降解橙黄G的动力学与机理研究[J];环境污染与防治;2006年12期
6 曹曼;;焦化废水中难降解有机毒物光催化氧化机理的探讨[J];青岛大学学报(工程技术版);1991年01期
7 张文彬;谢利群;白元峰;;纳米TiO_2光催化机理及改性研究进展[J];化工科技;2005年06期
8 付海英;吴国忠;龙德武;刘耀东;王文峰;姚思德;;[Me_3NC_2H_4OH]Zn_2Cl_5水溶液的激光光解研究[J];化学学报;2006年06期
9 万亚珍;张文辉;;高析氧过电位PbO_2电极处理废水技术的机理及应用[J];环境科学与技术;2006年05期
10 王延吉;胡小吐;朱天乐;;流光放电氨法脱硫技术的研究[J];实验技术与管理;2007年07期
11 张顺喜;李胜利;吴健婷;汪晓熙;;脉冲等离子体治理二甲苯废气影响因素研究[J];高压电器;2008年02期
12 陈晓旸;王卫平;朱凤香;洪春来;薛智勇;;UV/K_2S_2O_8降解偶氮染料AO7的研究:动力学及反应途径[J];环境科学;2010年07期
13 郑黎明;郑水林;桂经亚;贺洋;戴瑞;石钰;;石棉尾矿渣负载TiO_2处理含酚废水的影响因素研究[J];非金属矿;2011年02期
14 许开;彭会清;董冰岩;;高压脉冲放电等离子体处理活性红X-3B染料废水[J];化工环保;2011年03期
15 ;环境科学基础理论 环境气象学[J];环境科学文摘;2006年02期
16 张宁王明召;;酚类抗氧化剂知识引入高中化学——设计一段配合新教材的阅读材料[J];化学教育;2006年09期
17 程刚;代加林;张天宇;宋莎莎;;氢氟酸处理的纳米TiO_2光催化氧化采油污水[J];城市环境与城市生态;2008年02期
18 王颖;牛军峰;张哲赟;隆兴兴;;超声-光催化降解水中有机污染物[J];化学进展;2008年10期
19 吴亮军;任大军;黄自力;;高压电晕降解酸性大红染料废水实验研究[J];能源与环境;2009年01期
20 刘操;胡春圃;;聚(氯乙烯-醋酸乙烯酯)与热塑性聚氨酯的相容性及其共混膜的氧化稳定性[J];功能高分子学报;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 简乐;;CS_2氧化性自由基中间体及其对生物靶分子作用的瞬态研究[A];新世纪预防医学面临的挑战——中华预防医学会首届学术年会论文摘要集[C];2002年
2 韩端壮;杨昌军;邓克俭;孙杰;崔龙哲;王夺元;;磺化含硫四氮杂卟啉铁的合成与性能研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
3 董文博;黄丽;房豪杰;李萍;侯惠奇;;夜间大气中NO_3自由基与联苯的反应研究[A];持久性有机污染物论坛2006暨第一届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2006年
4 黄丽;董文博;房豪杰;张仁熙;侯惠奇;;自然水体中全氟羧酸的汇的初探[A];持久性有机污染物论坛2006暨第一届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2006年
5 周瑞敏;饶卫红;吴明红;俎建华;张雪平;陈永康;;电子束制备钠米铜及其粒径控制研究[A];四川成都辐射研究与辐射工艺研讨会论文集[C];2005年
6 姜雨泽;;半干式电晕放电烟气净化方法[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
7 韩晓燕;王萍;;超声波—铁氧体法处理含锌废水研究[A];甘肃省化学会第二十五届年会、第七届甘肃省中学化学教学经验交流会论文集[C];2007年
8 王晨;陈冰;蒋文强;王西奎;;活性蓝194的超声波-零价铁协同降解研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
9 常青;唐和清;祝玺;朱丽华;;雨水中痕量过氧化氢快速检测方法的研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
10 姚思德;陆长远;张连文;林念芸;;核黄素光敏损伤DNA机理研究[A];第五届全国光生物学学术讨论会论文摘要集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴东海;臭氧/光催化高效生物灭活及在船舶压载水处理中的应用[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 元培红;ZnTiO_3和NiTiO_3的制备及光催化性能的研究[D];太原理工大学;2011年
2 邹芳;基于直流电晕放电氧化/还原氛围下的自由基电化学行为研究[D];浙江大学;2012年
3 牛丛;绿锈对结晶紫的脱色研究[D];河北师范大学;2010年
4 钱勇兴;光催化加压反应器的设计及其光催化降解有机物的研究[D];浙江工业大学;2010年
5 郭盛;新型Fe_2O_3/氧化石墨烯催化剂的制备及其吸附与可见光Fenton降解有机污染物的研究[D];武汉理工大学;2013年
6 叶龙飞;化学吸收和电离辐射联合处理含氰废气的中试研究[D];湖南大学;2013年
7 何华良;臭氧耦合光Fenton法处理电镀添加剂生产废水的研究[D];广东工业大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978