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(jìn)程日益提高的同時(shí),大量生產(chǎn)和生活廢水也在日益嚴(yán)重地污染著我們的水環(huán)境,全球八大環(huán)境問(wèn)題之一的持久性有機(jī)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(jìn)入天然水體后對(duì)人類(lèi)、環(huán)境及生態(tài)都會(huì)造成嚴(yán)重危害。
　　本文在分析和評(píng)價(jià)國(guó)內(nèi)外降解水相中PCBs的各種物理化學(xué)方法及外場(chǎng)輔助技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出使用快速高效、無(wú)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(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué),為該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用和進(jìn)一步的理論研究提供依據(jù)和參考。應(yīng)用AFC環(huán)形聚焦自動(dòng)耦合的單模微波系統(tǒng),對(duì)影響微波輻射氧化還原技術(shù)降解PCBs的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究分析,尋找最佳工藝條件;通過(guò)對(duì)Fenton試劑、NaHSO3等氧化、還原反應(yīng)機(jī)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(jī)理;通過(guò)對(duì)動(dòng)力學(xué)一般理論的分析研究和實(shí)驗(yàn),確定該反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)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(duì)PCBs降解率的影響;實(shí)驗(yàn)中采用紫外、紅外、HPLC(高效液相色譜)技術(shù)對(duì)反應(yīng)前后水中的PCBs進(jìn)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(yīng)時(shí)間、水樣pH值以及還原劑用量等因素對(duì)水中PCB29降解效果的影響,得到的最佳反應(yīng)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(shí)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(yīng)時(shí)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(guò)程中,自由基機(jī)理和親核取代(芳香)機(jī)理都可能發(fā)生。自由基機(jī)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(diǎn)作用下,生成4,5-二氯-2-聯(lián)苯炔,聯(lián)苯炔是一個(gè)

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(gè)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(yīng),就會(huì)生成聯(lián)苯酚。親核卻?多氯聯(lián)苯在微波的熱點(diǎn)效應(yīng)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(jìn)一步發(fā)生脫氯反應(yīng)而生成聯(lián)苯酚。實(shí)驗(yàn)和分析得出,微波輔助NaHSO3還原PCB29的反應(yīng)近似于一級(jí)反應(yīng),反應(yīng)速率常數(shù)k=0.6631。傳統(tǒng)加熱方式下NaHSO3還原PCB29的反應(yīng)也近似于一級(jí)

6、反應(yīng),但反應(yīng)速率常數(shù)k=0.0408。在微波作用下的反應(yīng)過(guò)程中,反應(yīng)物吸收微波不僅表現(xiàn)出“熱效應(yīng)”,也體現(xiàn)了“非熱效應(yīng)”的存在。微波的“熱效應(yīng)”使反應(yīng)體系維持與傳統(tǒng)加熱方式相同的反應(yīng)溫度,“非熱效應(yīng)”則促使該反應(yīng)加速進(jìn)行,提高反應(yīng)速率。該反應(yīng)體系反映了外加電磁場(chǎng)的分子取向運(yùn)動(dòng)和分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)反應(yīng)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(dá)80％;雙模微波聯(lián)合活性炭吸附技術(shù)對(duì)PCB29降解的促進(jìn)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。考察了單模微波與雙模微波對(duì)降解效果的影響,發(fā)現(xiàn)單模微波由于其獨(dú)特的定向耦合系統(tǒng)和定向螺旋波導(dǎo),形成一個(gè)可改變耦合孔數(shù)的環(huán)形單模諧振腔,可提供分解過(guò)程控制的精確脈沖和非脈沖連續(xù)單模耦合微波