（环境工程专业论文）脉冲电晕等离子体降解苯酚的研究.pdf

摘要 脉冲电晕等离子体降解苯酚的研究 摘要 近年来，采用高电压技术降解水中的有机污染物正逐渐成为一个 新兴的研究领域，开发出来的新技术也正逐步得到应用。这些技术包 括电化学方法、火花或者弧光放电技术、辉光放电、电介质放电、电 晕等离子体技术等，这些方法不仅用于水体污染的治理和控制，还用 于自来水的消毒。 、 这些方法属于高级氧化技术，它的研究重点大多侧重于用某种反 应器产生出具有高氧化电位的自由基和分子形态的氧化剂，比 如o h ，o ，0 3 和h 2 0 2 等，这些氧化剂能有效、彻底地氧化水中的 有机物。其中最强的氧化剂是羟基自由基，其次是原予氧和臭氧。羟 基自由基和臭氧在降解水中有机污染物方面起着十分重要的作用。过 氧化氢在净化有机污染物方面也有十分重要的作用，因为，在铁离子 的存在下通过f e n t o n 反应可以产生出羟基自由基。 在脉冲放电等离子体高级氧化技术的工艺过程中，有几种氧化 途径同时在起作用。一方面脉冲放电产生的低温等离子体中存在着大 量的、各种各样的活性自由基和分子状的氧化剂的氧化作用，比 如o h 、h 、o 、0 2 、h 0 2 、h 2 0 2 、0 3 等等，另一方面，冲击波的 直接冲击、等离子体通道内的热分锯、等离子体表面强紫外光的光解、 脉冲电鼍等嵩予佳雠薰誓曲曩 晓l 摘要 以及发生在等离子体产生的气泡内的超临界氧化等，所有这些过程共 同作用氧化水中有机污染物质。 用于水污染物净化的反应器主要有两种，它们分别是气相和液相 脉冲等离子体放电反应器，这些反应器主要包含针一盘式( 单针或者多 针) 和环一桶式反应器两种。在水相中放电的反应器通常要在反应器的 外围加上一个冷却用的夹套，以保证反应器内的溶液的温度处于室温 状态。在水相中放电的能量消耗是在气相中放电的十多倍，这些能量 主要消耗在水的加热、蒸发、和气泡的产生等方面；在气相放电时产 生的氧化剂可以扩散到水溶液中，对溶液中的污染物进行净化。研究 结果证明高压脉冲放电水处理高级氧化技术是一种经济有效、环境友 好的新技术，并具有很大的发展潜力和应用前景。 为了研究放电净化污染物的影响因素和提高其处理效果，人们的 研究主要集中在反应器的设计、放电过程和净化机理，以及对自由基 的测定等几个方面。在气相中放电时，不同的气相条件对产生的自由 基的种类和数量有不同的影响，气体类型主要有纯氧、纯氩气和氢气 等；溶液中某些离子如碳酸根离子、磷酸根离子等会消耗溶液中的自 由基。但是，有关在空气中电晕放电对溶液中污染物的净化机理等方 面的研究还不够彻底，水处理用的反应器还不能够用于实际过程。 苯酚是具有较高毒性和具有苯环结构的有机物，在水处理领域是 较为普遍存在和重点处理的有机污染物之一，人们在多种水处理技术 中都用苯酚作为研究对象。 为此，本论文重点研究气相电晕放电对苯酚的净化过程，研制了 赫冲电晕辞 予体降解苯爵驰研究 摘要 新型的双膜转盘式脉冲等离子体反应器，比较系统地研究了有关电晕 放电净化苯酚的影响因素，并对有关参数和机理进行了系统和深入的 研究。在以下几个方面取得了一些有价值的研究进展： ( 1 ) 设计了一种新型反应器。这种反应器采用不锈钢圆盘作放电极 的接地极，并使其处于两个完全等同的刷状电极的正中间，采 用气相放电方式，以降低能量消耗。圆盘电极下半部处于水溶 液中，上半郝在气相中，在调速电动机的带动下圆盘电极在两 个刷状电极之间不断地匀速旋转，将水溶液从反应器中连续带 出，并在其表面形成完整的水膜，电晕形成的等离子体中的电 子束、冲击波、紫外光以及产生的各种氧化性自由基和分子状 氧化剂等共同直接作用于水膜。由于转盘的不断旋转，盘上的 水膜不断更新，污染物也不断得到净化。转盘的转速对氧化效 果影响很大，过低或者过高时反应器的效率都会降低，在转速 为1 2 0 1 6 0 转分范围内效率最大。反应器加盖时有利于提高去 除效率，增加放电频率也会提高降解率。这种反应器易于工业 放大，具有一定的实用价值。 ( 2 ) 详细研究了电晕放电处理苯酚的反应条件，尤其是氢氧根离 子在苯酚降解中的重要作用，找出了影响苯酚降解的主要因 素，提出了新的反应机理。在气相中电晕放电时，空气中的氮 气电离产生氮氧自由基，并进一步在水溶液中形成硝酸。硝酸 的增加，使溶液的p h 值不断下降，导致苯酚的降解速率也不断 下降。当在碱性蒸馏水中电晕放电时，溶液中的氧化剂的浓度 脉冲电晕等离子体辟解苯爵瓣研究 摘要 随碱性的提高而提高，这种现象是传统的机理所不能够解释的。 传统机理认为，电晕过程中的强氧化性的羟基自由基是由水分 子直接解离产生的。为此，在实验现象的基础上，我们提出了 一种新的观点，并利用水分子的能级理论对这种观点的可能性 进行了理论上的分析。这种观点的主要内容是：气相水蒸气中和 水溶液表面的氢氧根离子在电晕等离子体中高能粒子的作用 下，失去电子变成羟基自由基，羟基自由基的强氧化性将苯酚 等污染物降解。 ( 3 ) 在空气中放电必然要产生氮氧化物，氮氧化物自由基又会对苯 酚有一定的降解作用，但是，硝酸盐氮是导致水体富营养化的 主要因素之一，其存在既有利又有弊。该研究详细研究了氮氧 化物的形成、作用和消除方法，以及消除氮氧化物后对苯酚降 解效果的影响。结果表明，通过抽气的方法可以将溶液中的氮 氧化物浓度减少9 4 左右，当氮氧化物被气体带走时，气相中 产生的其它氧化性自由基也会按相同的比例被带走，而实际上， 苯酚的降解率仅仅下降了不足2 0 。由此得出另一条重要结论： 气相电晕放电净化水污染物时，产生氧化性自由基和分子状氧 化剂的主要来源不是气相本体而是等离子体对溶液表面附近边 界层中的水蒸气或者是对水溶液表面分子的直接作用。 ( 4 ) 气相电晕放电对有机物的净化过程是很复杂的，是多种途径的 综合作用，这种途径包括：等离子体的冲击波、紫外线、电子束 照射、气体电离产生的自由基和分予状氧化剂、超临界氧化等， 肆挣电t 等离子体酶解奉髓的研兜4 摘要 该研究首次将上述过程归纳为三类，并设计一种装置，将这三 类途径对苯酚的氧化效果的贡献加以估算，其结果是，通过气 相本体中气体电离产生的氧化性物质对溶液中苯酚的降解贡献 不到1 0 ，由放电产生的紫外线对苯酚降解的贡献占的比例不 到1 ，而通过等离子体对水溶液表面和表面附近水蒸气的直接 照射而导致的苯酚的降解是主要途径，占到9 0 以上。这个结 论对指导电晕放电水处理的实践具有重要指导意义，即在气相 放电时气体的种类不是重要的影响因素，面主要影响因素是溶 液的性质，因此，通过在纯氧中放电的方法来提高净化效果不 是有效办法。 ( 5 ) 实验结果还表明，在实验条件下苯酚在碱性缓冲溶液中能较好 的符合一级动力学方程，而在非缓冲碱性溶液中，只有前二十 分钟内能较好的符合。这是因为在空气中放电时可导致氮气电 离，最终会在水溶液中形成一定的硝酸，降低溶液的p h 值；溶 液p h 值的降低又会导致苯酚降解速度的下降。 关键词：电晕放电，水处理，苯酚，降解，高级氧化，机理 脉冲电鼍等离子体弹算荤骑钓研竞 ! ! 一 e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h ep h e n o l r e m o 、，a li ns o l u t i o nu s i n gp u l s e d p l a s m ai ng a sp h a s e i nr e c e n ty e a r s ，e l e c t r i c a lt r e 咖l e mb ya p p l y i n gh i g hv o l t a g ei nt h e g a so ra q u e o u ss o l u t i o n ，s u c ha se l e c t r o c h e m i s t r y , c o r o n a s t r e a m e r s d i s c h a r g e ，s p a r ka n d o ra r cd i s c h a r g e , g l o wd i s c h a r g ep l a s m a ，d i e l e c t r i c b a r r i e rd i s c h a r g e sh a sb e e nu s e dt od e g r a d ec o n t a m i n a n t si nw a t e ra n d a l s ou s e df o rt h ed i s i n f e c t i o no f c o n t a m i n a t e dw a t e r m o s to ft h e s em e t h o d sf o c u s e do nr e a c t a n t sw i t hh i g ho x i d i z i n g p o t e n t i a l ，s u c ha s o h ，0 ，qa n dh 2 0 2 ，w h i c ha l et h em o s te f f e c t i v et o o x i d i z eo r g a n i c s t h em o s tp o w e r f u l o x i d i z i n gs p e c i e sa r ei nf a c tt h e h y d r o x y lr a d i c a l ，f o l l o w e db ya t o m i co x y g e na n do z o n e e s p e c i a l l y , t h e h y d r o x y l r a d i c a li sk n o w nt op l a y 被i m p o r t a n tr o l ei no x i d a t i v e p u r i f i c a t i o no fw a t e rc o n t a m i n a t e dw i t ho r g a n i cc o m p o u n d s h y d r o g e n p e r o x i d ei sa l s oi m p o r t a n ti no r g a n i cc o n t a m i n a n td e g r a d a t i o nb , a t l s ei n t h ep r e s e n c eo fi r o ni t p r o d u c e sl a e 醇n u m b e r s 、o fh y d r o x y lr a d i c a l s 脉冲电等高子体辟群擎褂的讲究 6 摘要 t h r o u g hf e n t o n sr e a c t i o n i n p u l s e dc o r o n ad i s c h a r g ep r o c e s s ，s e v e r a lp a t h w a y so c c u r r e d s y n c h r o n o u s l y p u l s e dd i s c h a r g ef o r m sas t r o n ge l e c t r i c f i l e da n da l s o p r o d u c e san o n t h e r m a lp l a s m a i nw h i c he x i s tv a r i o u sa c t i v es p e c i e s s u c ha s o h ，h ，o ，0 2 ，- h 0 2 ，h 2 0 2 ，0 3 ，e t c i na d d i t i o n ，o v e r p r e s s u r e s h o c kw a v e ，t h e r m a lo x i d a t i o nw i t h i nt h ep l a s m ac h a n n e l ，u vp h o t o l y s i s a tt h es u r f a c eo ft h ep l a s m ac h a n n e l ，a n ds u p e r c r i t i c a lo x i d a t i o nw i t ht h e s u b s e q u e n tb u b b l eo c c u ri nt h ei m m e d i a t ev i c i n i t yo f t h ep l a s m ac h a n n e l a l lo f t h e s es p e c i e sa n de f f e c t sc a no x i d i z eo r g a n i cp o l l u t a n t se f f e c t i v e l y t w ok i n d so f r e a c t o r s ，a q u e o u s - p h a g ea n dg a s - p h a s ep u l s e ds t r e a m e r c o r o n ad i s c h a r g er e a c t o r , h a v eb e e nu s e di np r o d u c i n go x i d i z i n gs p e c i e s t h er e a c t o r sc o n s i am a i n l yo fn e e d l e - p l a t eo r b r u s h - t y p e ”m u l t i p o i n t c o r o n ae l e c t r o d e ss y s t e m ，o rr i n g - t o - c y l i n d e re l e c t r o d e t h e a q u e o u s p h a s ep u l s e ds t r e a m e rc o r o n ad i s c h a r g er e a c t o rc o n s i s t so fag l a s sv e s s e l w i t ha no u t e rw a t e r j a c k e tt ok e e pt h es o l u t i o na tc o n s t a n tt e m p e r a t u r e i t w a sf o u n dt h a tt h ec o r o n ad i s c h a r g ei n a i rc o n s u m e da p p r o x i m a t e l ya f a c t o rt e nl e s se n e r g yt h a ni nw a t e r t h eh i g he n e r g yc o n s u m p t i o no f t h e d i s c h a r g ei nw a t e ri sa t t r i b u t e dt ot h ep r o d u c t i o no fg a sb u b b l e sa n d c h a n n e l st h a tr e q u i r eh e a t i n ga n d v a p o r i z a t i o n c r e a t i n gad i s c h a r g ei nt h e g a sp h a s ea n dt h e na l l o w i n gt h er e a c t i v ep r o d u c t st od i f f u s ei n t ot h ew a t e r h a db e e ni n v e s t i g a t e dt ob ep o s s i b l e ( 1 ) i nt h i ss t u d y , t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h e n o lr e m o v a lb yp u l s e d 脉冲电晕等离子体降辟荸醑的研究7 摘要 c o r o n ad i s c h a r g eu s i n gm u l t i p o i n t d i s ke l e c t r o d e sr e a c t o rh a sb e e n i n v e s t i g a t e d t h i sn e wt y p eo fr e a c t o rc o n t a i n e dt w om u l t i - p o i n t e l e c t r o d e ss t o o df a c et of a c e ，a n dag r o u n d e ds t a i n l e s ss t e e ld i s k e l e c t r o d e s y s t e m w a sp l a c e di nt h ec e n t r eo ft h e m u l t i - p o i n t e l e c t r o d e s t h eg r o u n d e dd i s ke l e c t r o d ew a sd r i v e nb yam o t o r a b o u th a l fo ft h eg r o u n d e dd i s ke l e c t r o d ew a si m m e r g e di nt h e s o l u t i o n a n dat h i nl a y e ro fl i q u i ds e v e r a lm i c r o n st h i c kw a sf o r m e d o nt h es u r f a c eo fa n o t h e rh a l fo ft h ed i s ka b o v et h ew a t e rs u r f a c e w h i l ei tw a sr o t a t e d ，a n dt h es o l u t i o ni nt h er e a c t o rw a sa g i t a t e da t t h es a m et i m e t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fp h e n o lw a sh i g l l e s ta t a b o u t1 2 0 1 6 0r p mo ft h es p e e do ft h ed i s ke l e c t r o d e d e c r e a s i n g t h eg a po fe l e c t r o d e so ri n c r e a s i n gt h er e p e t i t i o nr a t eo fp u l s ew i l l b e n e f i tt ot h ep h e n o lr e m o v a l ( 2 ) s o l u t i o np ha f f e c t e dp h e n o lr e m o v a lt oag r e a te x t e n t i nt h i ss t u d y , t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e n i t g e n d i s s o c i a t e dw h i l s tc o r o n a d i s c h a r g eo c c u r r e di nt h eg a sp h a s ef o r m e dn i t r i ca c i di ns o l u t i o n ， w h i c hr e s u l t e di na d r o pi ns o l u t i o np h t h ep h e n o lr e m o v a lc o u l d b ed e s c r i b e di na c c o r d a n c ew i t haf i r s t - o r d e rr e a c t i o ni nab a s i c b u f f e r s o l u t i o n ，b u tc o u l d n o ti n h a i t i a ln e u t r a la n db a s i c n o n - b u f f e r o ds o l u t i o n s t h i si n d i c a t e st h a tb a s i cc o n d i t i o n s f a c i l i t a t ep h e n o lr e m o v a l ，w h i l s tt h ef o r m a t i o no fn i t r i ca c i di n s o l u t i o nr e s u l t e di nd e c r e a s ei nt h ep h e n o lr e f f l o v a lr a t e t h i sr e s u l t 鼙净毫晕尊膏予韩算擎肘的研究s 要 c a l l h e l pt ou n d e r s t a n dt h em e c h a n i s mo fw a t e rt r e a t m e n tu s i n g c o r o n ad i s c h a r g ei na i rp h a s e t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h e o x i d a n t sp r o d u c e di nc o r o n ad i s c h a r g ef o rw a t e rp u r i f i c a t i o nc o m e n o to n l yf r o ma i ri o n i z a t i o nb u ta l s of r o mw a t e rd i s a s s o c i a t i o n w a t e rd i s a s s o c i a t i o ni st h e d o m i n a t i n gp r o c e s s f o r p h e n o l d e g r a d a t i o nr a t h e rt h a na i ri o n i z a t i o nw h i l ed i s c h a r g i n gi na i rp h a s e t h e r e f o r e ，t h et r a d i t i o n a lm e c h a n i s mo f - o hf o r m a t i o ns h o u l db e a d v a n c e d ，w et h i n ki tw o u l di n c l u d et w os t e p s ：t h ew a t e ri o n i z e i n t oo f fa n dh + a tf i r s tt h a nt h eo f fl o s ea ne l e c t r o nu n d e rc o r o n a d i s c h a r g et ob e c o m e o h a f t e rp r o p a g a t i o n ，m o r eo x i d a n t sa r e f o r m e d ( 3 ) w h e ng a sd i s c h a r g e si na i r , t h en i t r o g e nr a d i c a l i sm a i n l y g e n e r a t e db yt h ee l e c t r o ni m p a c td i s s o c i a t i o no fn 2 ，a n dt h ef i n a l f o r m so fn i t r o g e nr a d i c a l sw o u l db en i t r a t ea n dn i t r i ca c i d t h e n i t r i ca c i dc o u l dd e c r e a s et h es o l u t i o np h h i g h e rc o n c e n t r a t i o n so f i n o r g a n i cn i t r o g e ni nw a t e r si su n d e r s t o o dt ob et h em a i nc a u s eo f e u t r o p h i c a t i o n ，a n dt h e r e f o r eh o wt or e m o v ei n o r g a n i cn i t r o g e n f r o mw a t e ri no r d e rt oa v o i de u t r o p h i c a t i o nh a sb e e ns t u d i e di nt h i s p a p e r a b o u t9 4 5 a n d8 2 5 o ft h en i t r a t en i t r o g e nc o u l db e t a k e no u tb ym e a n so f a i rb l e e d i n gi nt h e s ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ， b u tt h er a t eo fp h e n o 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eo c c u r r e d i nt h eg a sp h a s e i no r d e rt o i m p r o v et h ee f f e c to fd e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t ss u c ha sp h e n o li n t h ew a t e r , i tw o u l db em o r ee f f e c t i v e t oc h a n g et h es o l u t i o n c o n d i t i o ns u c ha sk e e p i n gi t sp hv a l u et ob eb a s i ct h a nt oc h a n g e 摘要 t h eg a sc o n d i t i o ns u c ha sd i s c h a r g i n gi np u r eo x y g e n ( 5 ) t h ep h e n o lr e m o v a lc o u l db ei na c c o r d a n c ew i t ht h ef i r s t - o r d e r r e a c t i o nm o r ea c c u r a t e l yi nb a s i cb u f f e rs o l u t i o n ，b u tc o u l dn o t a f t e r2 0m i n u t e si nn o n b u f f e rs o l u t i o n t h i si sb e c a u s et h e n i t r o g e nc o u l db e c o m ei o n i z e dw h i l ec o r o n ad i s c h a r g eo c c u r r e di n a i r , a n df o r mn i t r i ca c i di ns o l u t i o nf i n a l l y , w h i c hr e s u l t e di nt h e s o l u t i o np nt ob el o w e r t h el o w e rp hi nr e t u r nr e s u l t e di nt h e d e c r e a s eo f p h e n o lr e m o v a lr a t e k e y w o r d s ：c o r o n ad i s c h a r g e ，p h e n o l r e m o v a l ，n i t r a t en i t r o g e n ， m e c h a n i s m s ，r e a c t o r 鼍冲电等 予体降一摹精鹩研究l l 上海交通大学学位论文答辩决议书 中请者 i | 似争光 l 所拓学科( 专业) 、_ ；菀l j ；l ! 滗文题目 啉冲电晕等高于体i 坶解茹鼢曲研究 f 咎辩日期i f 2 0 0 5 0 62 2 8 咎群地点 f f坏境学院3 0 9 室 柠辩委员会成员 任j b 务8 姓名8 职称 所柏：l 作单他 备r 豁名 j i 席 j i 季学李0 教授 司济又学 1 眦 巧蕊 盛蚰| | 姚堕华| | 教授华客迥j r 大学 蚕砒 蟠! 投丕 嚣* i l 庄惠生l | 教授 东产人霞 矗隽墨 委员 l 张新胜i i 教授 华尔难一l 大学 委员 露疆疑 带爨 】i 用龊学教授 ! ：渤+ ：j ，l ，搴f j 聪 4 制献泌 等离子体技术在环境污染治理方面的应用是近年米韵一个新的研究领域住气体净化、 水污染治理等方面有着广阔的应用前景。何争光同志的博十论文系统地研究了高乐脉冲电晕 放电等离子体对水溶液中难生物降解的苯酚的降解过程，选题正确、新颖。经论文替辩委员 会讨论得出如f j 颤见： l _ 研制了种新型的、具有应用开发前景的双水膜转盘式电晕放电反应器系统地研究 了i 要放电参数对反应器效率的影响： 2 提出了氢氧根离子可能在等离子体场中失去电子形成羟基自由基的观点，行根据实验 结果做了进一步f i 勺解释与论证： 3 发现了电晕放电产生的氮氧化物是导致水溶液p h 值降低并进一步使苯酚蹄解效率卜 降的主要因素，还研究了消除氮氧化物的方法： 4 ，将电攀放电等离子体降解苯酚的主要途径进行分类并研究其对苯酚降解的贡献据实 验推断，影响苯酚降解的e 要因素是等离子体对液相表面水蒸气的直接作用，其次是气相本 体中气体氧化荆的氧化，而紫外光的直接作用其微。 以上成果表明，何争光同志已经具备了在本学科前沿领域中独立从事科研【+ 作的能力 其学位论文内容丰富、实验设计合理、数据可靠、结论正确，取得了有重要价值的学术成果。 已有两篇论文被s c i 收录，符合国家和上海交通大学学位条例对博十研究生学何论文的水 平要求答辩过程中能正确回答答辩委员会的提1 u 丁。与会专家一致同意该论文通过答辩，建 议授予【：学博士学位，并推荐论文参加优秀博十论文评选 f ，、! i i 爿： 荔封磊良堡讫 瑗弘 豫互一鼬枣， ，j 、j 1 ，o dr ( # 一) ： 2 卫i 十了_ ， 一6 ，冶二 符号说明 符号说明 a o p s 高级氧化技术( a d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s e s ) d b d 一介质阻挡放电( d i e l e c t r i cb a r r i e rd i s c h a r g e s ) e v 一电子伏特 k v 一千伏 c 一电容 k 一开关 c 一# 枉度 r 一电阻 k w 一千瓦 l 一电感 n s 一纳秒 c c d 一电感耦合器( c h a r g ec o u p l ed e v i c e ) s m a 一多通道光谱分析系统 t 一变压器 n 一直流电机的转速( 周秒) f 一脉冲电源的重复工作频率( 次秒) m h z 一兆赫兹 r p m 一转分 p p s 一脉冲秒 置2 一线性回归系数 k 。一水的溶度积常熟 v o l 一溶液体积 岛一脉冲能量 c 。一苯酚的初始浓度 c f 一不同反应时间的苯酚浓度 脉冲电锋离子悖举韵前讲究 符号说明 足一反应速度常数 r 一反应时间 r 一化学吸收的加强因子 a 一总传质系数 心一气相总传质系数 h 一液膜转移系数 如g 一溶质a 在气相主体中的分压 p “一溶质a 在界面处的分压， c i 一溶质a 在界面处的液相浓度 h a 一溶解度常数 c n 一溶液中硝酸盐氮的浓度 n n 一氮氧化物的总传质速率 n r 一气相分压 c n ，一抽气前硝酸盐氮在液相中的浓度 c n 2 一抽气后硝酸盐氮在液相中的浓度 抵一比例系数 凡；1 一抽气前氨氧化物在气相中的分压 吐一抽气后氦氧化物在气相中的分压， p 0 9 1 一抽气前氧化剂在气相的分压 p o 吐一抽气后氧化剂在气相的分压 辣冲电等矗子体辟解鼙聪的研兜 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在。年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密封。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：旋 一j 日期：7 辟占月日 燧名：菩晾 日期：2 罗。步6 , e l1 6 日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：存号l 日期：似年6 月z ，j 目 第一章谋题的意义及研究目标 第一章课题的意义及研究目标 1 1 课题的意义 等离子体水处理高级氧化技术是高能物理学、电化学、高压脉冲技术等在环 境污染治理领域的应用。等离子体是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的一 种物质形态，在总体上呈电中性。等离子体分为热等离子体和冷等离子体两种。 水中的芳香族有机物一直是环境污染治理领域的重点研究对象。当采用生物 僻解时，处理时问长，运行成本高，有些污染物几乎不可生物降解：当采用吸附、 絮凝等处理方法时，由于只是将污染物从一相转移到另一相，并未完全稳定化， 所以还可能存在二次污染的问题。因此，对此类难降解的污染物，人们一直在寻 找可将污染物彻底降解的有效途径，使其转化为h 2 0 、c 0 2 等达到彻底稳定化的 目的。高级氧化技术是降解此类物质的有效手段。 将现代物理技术尤其是电技术应用于工业污水处理己有比较成功的先例。电 解法便是其中之一。但其使用电压在几十至一百多伏特，属于低压范围。而由于 高电压易于实现高能化，近年来将高压电技术用于难生物降解的工业污水的处理 己引起国内外研究者的极大兴趣，相继出现了高能电子柬法和高压脉冲电晕放电 法。 电子束法是利用电子加速器产生高能电子柬对污染物进行处理的方法，其作 用方式主要有两种：一类是高能电子束本身穿透介质对污染物进行处理，另一类 是高能电子束轰击高原子系数的金属产生韧致辐射或x 光对污染物进行降解，将 不可生物降解或难以生物降解的物质转变为可生物降解或者是直接将其稳定化。 该方法利用高能电子进入水体的瞬间与水分子反应产生极其活泼的h 0 、h 等自 由基和水台电子e 。由于e 一。和h 0 ，的数量都相当多，所以污染物的降解反应 可能是氧化也可能是还原反应，这主要取决于污染物的化学结构和水体基质。但 在反应时由于自由基的寿命很短，大部分自由基又会被水中的溶质所消耗，因此 效率都不高。另外电子柬是高能电子流，与y 射线一样是放射线的一种。y 射线 是钻6 0 等放射线同位素产生的。而电子束则是在电子加速器中使电子加速后产 脉冲电擘辱鼻子体解肇繁_ 蝴究i 第一章谭题的意义及研究目标 生的。 电晕放电是在针一板或线一板电极间加上高压脉冲电压从而产生不均匀电场， 当电子崩达到自持放电条件或转变为流柱，在投有全路击穿时也会在电场高的 车| 、线电极附近产生强烈的电离，并伴随有发光的一种现象。这种方法也会产生 类似电子束所产生的自由基和自由电子。脉冲电晕放电产生的自由电子的能量分 布在2 - 2 0 e v 范围内，与电子束的电子能量1 0 2 1 0 3k e y 相比要小得多。而分子 键发生断裂反应所需的能量一般在5 15 e v 范圈，所以脉冲电晕放电完全可以代 替高能电子束作为轰击分子的电子源。由于电子在气相的迁移率( 1 0 0 0 c m v s ) 比离子的迁移率( 2 c m v v s ) 约大两个数量级，因此，在快速脉冲电场的作用下， 电子能够获得很高的能量，达到几百度的高温状态，而离子、中性分子和原子几 乎保持静止状态，不从电场中获得能量。正是这种高度的不平衡现象降低了能量 的消耗提高了其利用率。而