微波氧化技术.ppt

微波氧化技术 0概述传统的生化处理方法工艺成熟但运行稳定性差 微波是一种电磁能 通过离子迁移和偶极子转动引起分子运动 但不引起分子结构改变和非离子化的辐射能 微波加热与传统加热相比 微波加热没有热传递过程的热损失 热效率比传统加热法高 微波技术现已成功地用于废气 废水 固体废物的处理及环境监测等方面 1微波介绍微波是一种电磁波 波长范围没有明确界限 一般是指分米波 厘米波和毫米波三个波段 也就是波长从1mm到1m左右 频率范围从300MHz到300GHz 由于微波的频率很高 所以亦称为超高频电磁波 微波与工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围比较如表1所示 因为微波的应用极为广泛 为了避免相互间的干扰 供工业 科学及医学使用的微波频段 如表2所示 是不同的 目前只有915MHz和2450MHz被广泛使用 在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备 微波是电磁波 它是具有电磁波的诸如反射 透射 干涉 衍射 偏振以及伴随着电磁波进行能量传输等波动特性 这就决定了微波的产生 传输 放大 辐射等问题都不同于普通的无线电 交流电 在微波领域中 通常应用所谓 场 的概念来分析系统内电磁波的结构 并采用功率 频率 阻抗 驻波等作为微波测量的基本量 具体说来有以下几点 1 在研究微波问题时 应使用电磁场的概念 许多高频交变电磁场的效益不能忽略 2 微波传播时是直线传播 遇到金属表面将发生反射 其反射方向符合光的反射规 3 微波的频率很高 其辐射效应更为明显 4 当入射波与反射波相遇叠加时能形成波的干涉现象 其中包括驻波现象 5 微波能量的空间分布同一般电磁场能量一样 具有空间分布性质 另外 电磁波是以光的速度传播的 在微波频段转换时间快于千万分之一秒 这就是微波可构成内外同时快速加热的原理 微波的基本性质通常呈现为穿透 反射 吸收三个特性 对于玻璃 塑料和瓷器 微波几乎是穿越而不被吸收 对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热 而对金属类东西 则会反射微波 从电子学和物理学观点来看 微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点 穿透性选择性加热 热惯性小似光性和似声性非电离性信息性2微波的产生微波能通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的器件来获得 可以产生微波的器件主要分为两大类 半导体器件和电真空器件 电真空器件称之为电子管 3微波加热的原理微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电波 被加热介质物料中的水分子是极性分子 它在快速变化的高频点磁场作用下 其极性取向将随着外电场的变化而变化 造成分子的相互摩擦运动的效应 此时微波场的场能转化为介质内的热能 使物料温度升高 产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的 4微波诱导催化氧化技术 MIOP MicrowaveInducedOxidationProcess 4 1微波诱导催化反应基本原理许多有机化合物都不直接明显地吸收微波 但可利用某种强烈吸收微波的 敏化剂 把微波能传给这些物质而诱发化学反应 如果选用这种 敏化剂 作催化剂载体 就可以在微波照射下实现某些催化反应 这就是微波诱导催化反应 与普通微波加热效应引起反应加速的情况有所区别 它不但有微波辐射 还有催化剂的参与 并通过催化剂诱导了反应的进行 微波诱导催化反应的基本原理可简述如下 将高强度短脉冲的微波辐射通过聚焦到含有某种 敏化剂 如铁磁金属 的固体催化剂床表面上 由于表面金属点位与微波能的强烈作用 微波能将变成热能 从而使某些表面点位选择性被很快加热至很高温度 虽然反应器中有机试剂不会被微波直接加热 但它们与受激发的表面激发点位接触时却可发生反应 通过控制微波脉冲的辐射时间就可以控制催化剂表面的温度 在微波诱导催化反应中 微波主要是与催化剂或其载体发生作用将其激活 随后被激活的催化剂再催化相应反应的进行 从微波诱导催化反应的历程来看 微波首先是与催化剂或其载体相作用 被激活后再催化有关反应 因此 所用的催化剂或其载体必须要与所加微波能发生强烈的相互作用 4 2微波诱导催化反应的催化剂和载体金属催化剂S区金属氧化物P区金属氧化物和过渡金属氧化物 5微波诱导催化技术在污染治理中的应用5 1微波诱导SO2和NOx还原与酸气污染物治理目前 去除SO2污染的方法大都采用氧化法 将SO2氧化后中和除去 采用微波诱导催化还原技术 让含有5 SO2或25 NO的空气通过在脉冲微波辐射下的催化剂 Ni 1401 SO2即可被分解而释放出氧和硫 NO几乎可以被完全去除 产物为O2 N2以及少量的N2O 类似的技术还可以用于气态 液态和固态卤代烃类化合物的脱卤处理 5 2微波诱导催化与有机污染物去除许多有机化合物都不能直接明显地吸收微波 但可以利用某种强烈吸收微波的 敏化剂 把微波能传递给这些有机物而诱发微波诱导催化反应 实现对有机污染物的氧化去除 6微波杀菌消毒技术6 1微波的热效应微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生理影响 热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热 体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量 一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加 6 2微波的非热效应微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应 如电效应 磁效应及化学效应等 在微波电磁场的作用下 生物体内的一些分子会产生变形和振动 使细胞膜功能受到影响 使细胞膜内外液体的电状况发生变化 引起生物作用改变 进而可影响中枢神经系统等 6 3微波杀菌的机理微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果 微波对细菌的热效应是使蛋白质变化 使细菌失去营养 繁殖和生存的条件而死亡 微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布 影响细胞膜周围电子和离子浓度 从而改变细胞膜的通透性能 细菌因此营养不良 不能正常新陈代谢 细胞结构功能紊乱 生长发育受到抑制而死亡 此外 微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸 RNA 和脱氧核糖核酸 DNA 是由若干氢键松弛 断裂和重组 从而诱发遗传基因突变 或染色体畸变甚至断裂 7微波环境分析技术溶样 消解8微波辅助提取技术微波萃取的原理它的原理是在微波场中 吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热 从而使得被萃取物质从基体或体系中分离 进入到介电常数较小 微波吸收能力相对差的萃取剂中 目前 除主要用于环境样品预处理外 还用于生化 食品 工业分析和天然产物提取等领域 在国内 微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少 微波萃取的机理可从以下3个方面来分析 微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程 微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率 在微波萃取中 吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热