微波技術(shù)降解多氯聯(lián)苯的研究.pdf

1、由于工業(yè)的飛速發(fā)展,在人們的生活水平及城市化進程日益提高的同時,大量生產(chǎn)和生活廢水也在日益嚴重地污染著我們的水環(huán)境,全球八大環(huán)境問題之一的持久性有機污染物(POPs)污染受到人們的日益關(guān)注。多氯聯(lián)苯(PCBs)作為內(nèi)分泌干擾物質(zhì)進入天然水體后對人類、環(huán)境及生態(tài)都會造成嚴重危害。
　　本文在分析和評價國內(nèi)外降解水相中PCBs的各種物理化學方法及外場輔助技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎上,提出使用快速高效、無污染的微波作為水處理技術(shù),并研究微波技

2、術(shù)降解水中PCBs的降解規(guī)律,探索PCBs的降解機理及反應動力學,為該技術(shù)在實際中的應用和進一步的理論研究提供依據(jù)和參考。應用AFC環(huán)形聚焦自動耦合的單模微波系統(tǒng),對影響微波輻射氧化還原技術(shù)降解PCBs的因素進行了實驗研究分析,尋找最佳工藝條件;通過對Fenton試劑、NaHSO3等氧化、還原反應機理的研究,探討微波輻射氧化還原技術(shù)處理PCBs的降解歷程和機理;通過對動力學一般理論的分析研究和實驗,確定該反應體系的動力學參數(shù)和動力學方程

3、式;依據(jù)活性炭吸附—解吸理論,討論微波輻射活性炭吸附法對PCBs降解率的影響;實驗中采用紫外、紅外、HPLC(高效液相色譜)技術(shù)對反應前后水中的PCBs進行定性和定量分析及確定降解產(chǎn)物。論文綜合考察了微波功率、反應時間、水樣pH值以及還原劑用量等因素對水中PCB29降解效果的影響,得到的最佳反應條件為:采用微波輻照技術(shù)處理水相中的PCB29,在微波功率480W、輻照時間3min,弱酸環(huán)境下,PCB29被降解為聯(lián)苯,降解率為70％;采用微

4、波聯(lián)合NaHSO3還原技術(shù)降解水中的PCB29,在單模微波200W、反應時間2min、還原劑用量3g的條件下,PCB29被降解為聯(lián)苯和聯(lián)苯酚,降解率在90％以上。研究結(jié)果表明,在微波法降解PCB29為聯(lián)苯酚的過程中,自由基機理和親核取代(芳香)機理都可能發(fā)生。自由基機理為:在微波作用下水被電離為·H和·OH,·OH與NaHSO3作用生成NaHSO4和H2O。2,4,5-三氯聯(lián)苯在微波熱點作用下,生成4,5-二氯-2-聯(lián)苯炔,聯(lián)苯炔是一個

5、不穩(wěn)定的中間體,立即和水中的·H作用,生成穩(wěn)定的3,4-二氯聯(lián)苯,這樣就脫去一個氯原子。同樣的,最終得到聯(lián)苯;如果聯(lián)苯炔中間體和水發(fā)生加成反應,就會生成聯(lián)苯酚。親核卻?多氯聯(lián)苯在微波的熱點效應下活性增大,與水中的氫氧根發(fā)生親核取代,得到中間體,進一步發(fā)生脫氯反應而生成聯(lián)苯酚。實驗和分析得出,微波輔助NaHSO3還原PCB29的反應近似于一級反應,反應速率常數(shù)k=0.6631。傳統(tǒng)加熱方式下NaHSO3還原PCB29的反應也近似于一級

6、反應,但反應速率常數(shù)k=0.0408。在微波作用下的反應過程中,反應物吸收微波不僅表現(xiàn)出“熱效應”,也體現(xiàn)了“非熱效應”的存在。微波的“熱效應”使反應體系維持與傳統(tǒng)加熱方式相同的反應溫度,“非熱效應”則促使該反應加速進行,提高反應速率。該反應體系反映了外加電磁場的分子取向運動和分子熱運動對反應體系的共同作用。采用顆粒狀活性炭吸附水中的PCB29,吸附率可達80％;雙模微波聯(lián)合活性炭吸附技術(shù)對PCB29降解的促進效果不明顯;單模微波聯(lián)合活

7、性炭吸附技術(shù)可將PCB29降解為聯(lián)苯。微波輻射技術(shù)降解乙醇—水(體積比為3:2)體系中的PCB29,雖然該體系能夠增大PCB29的溶解度,但微波的輻照效果不明顯。微波聯(lián)合Fenton試劑氧化技術(shù)可以降解乙醇—水體系中的PCB29,但降解產(chǎn)物中含有二噁英?？疾炝藛文Ｎ⒉ㄅc雙模微波對降解效果的影響,發(fā)現(xiàn)單模微波由于其獨特的定向耦合系統(tǒng)和定向螺旋波導,形成一個可改變耦合孔數(shù)的環(huán)形單模諧振腔,可提供分解過程控制的精確脈沖和非脈沖連續(xù)單模耦合微波