污染生态学(放电等离子体处理废水)

放电等离子体在环境中的应用•汇报人：曹洋•指导老师：王铁成目录CONTENTS01放点等离子体简介02实验内容03研究方向和内容01放电等离子体简介01放电等离子体简介定义：等离子体是物质第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。0102固体冰液体水气体水汽等离子体电离气体00C1000C100000C01等离子体是物质的一种状态，满足下面条件的粒子的集合体作为整体几乎保持电中性包含正、负的带电粒子群至少有一种带电粒子群作不规则运动3、等离子体分类等离子体高温等离子体如：聚变、太阳核心（电子温度大于10000℃）低温等离子体（电子温度小于10000℃）冷等离子体如：极光、日光灯热等离子体如：电弧、碘钨灯实验室常用的有热等离子体（由电弧、电火花或火焰产生）、冷等离子体（由辉光放电产生）和混合等离子体（由电晕放电或臭氧发生器产生）。5、等离子体化学反应放电化学反应主要由①放电产生的热作用②电离、激发等作用引起的。放电化学反应以下面三个过程进行：⑴在电场中被加速的带电粒子与分子碰撞生成活性物质O2+e*2O+e⑵活性物质引起化学反应O+O2O3⑶由加速粒子引起反应生成物的分解或二次反应O3+e*O+O2+e等离子体对污染物的作用途径：污染物分解快、效率高、无二次污染等优点1、水处理放电等离子体类型电晕放电脉冲放电辉光放电介质阻挡放电射频微波放电等离子体类型废水类型高压脉冲等离子体染料废水、垃圾渗滤液、焦化废水（含氰化物）、荧光增白剂废水、特定环境中饮用水；TNT（2，4，6-三硝基甲苯）、苯酚、苯胺、硝基苯等水溶液。滑动弧等离子体印染废水、纺织废水、塑料和橡胶废水、啤酒废水、皂化废液；甲基紫、苯酚和纺织品染料水溶液辉光放电等离子体苯、酚类水溶液（苯酚、硝基甲苯、1-萘胺、2，4-二氯苯酚、苯、硝基苯、4-氯苯酚、苯酚、甲苯酚、邻苯二胺）；染料模拟废水（茜素红、亮绿、甲基紫）介质阻挡放电苯、酚类水溶液（苯酚、氯苯酚、苯、甲苯、二甲苯）；染料模拟废水（靛蓝二磺酸钠、茜素红、酸性橙-7）射频和微波等离子体亚甲基蓝水溶液（3）介质阻挡放电•有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。•介质阻挡放电中使用的绝缘层(阻挡介质)的典型材料主要包括玻璃、石英、陶瓷、薄搪瓷或聚合物。优点：•电极不易腐蚀（电极不直接与放电气体发生接触）；•具有大规模工业应用的可能性（具有电子密度高和在常压下运行的特点）；•可在大气压强下工作。缺点：•介质阻挡放电较适合于降解低浓度的有机废水，但能耗较高；•需要研究有较高峰值电压，尽量短的电压上升沿，以及更大的频率电源；•反应器的电极结构还需进一步优化。2、反应器类型放电等离子体反应器的设计是废水处理的核心，直接影响到能源利用，活性物种的产生，活性物质的传质，活性物种与污染物的相互作用，污染物的降解效率（1）液相放电等离子体反应器（2）气相放电等离子体反应器（3）气-液混合放电等离子体反应器（2）不同处理方法的比较技术浓度效率(%)t(min)消毒副产物EnergycostReference絮凝10~2013~9730~4670~270-Wang,2011;Duan,2012;Wang,2012;Xu,2012放电208940850.9gkWh-1Ourstudy电化学3~2520~9590~21050~2200.17~1.6gkWh-1Selcuk,2003;Selcuk,2008;Li,2011;Tang,2014;Zhou,2014膜分离10~5045~9820~120--Lowe,2008;Zhang,2008;Peeva,2011;Malinga,2013光催化10~5010~9560~240222~2830.12~0.75gkWh-1Liu,2008;Selcuk,2008;Wang,2013;Rashid,2015臭氧25~8077~8560~250499~6500.29~2.13gkWh-1Rhee,2004;Wei,2011;Turkay,2015生物8~10020~8723~1440--Seredynska-Sobecka,2006;Moura,2007;Feng,2008吸附10~10020~90120~5760346~4102.0~9.0mg/gactivatedcarbonLin,2000;Chen,2004;Radian,2011;Rauthula,2011芬顿10~25043~9060~18060~2261.1~78g/molH2O2Katsumata.,2008;Wei,2011;Wu,2011;Moncayo-Lasso,201202实验内容7.饮用水源水中有机微污染的控制大骨节病致病的环境因素之一。能与重金属离子络合，增强重金属的生物毒性。饮用水漂白氯化过程中形成致癌消毒副产物。腐殖酸（HA）----广泛存在于自然界中，是水体天然有机组分。危害：02Cu-HA和Cu-EDTA的相关实验内容及其表征•1.荧光分光光度法•2.原子力显微镜分析法02•3.FTIR•4.SEM•5.XRD,XPS•6.热重分析-表征固体沉淀实验装置气相沿面放电等离子体水处理系统反应机理图（1）去除效果0102030400204060801000102030400.00.51.01.52.02.519.6kV23.0kVLn(C0/Ct)Treatmenttime(min)12.0kV16.0kVHAremovalefficiency(%)Treatmenttime(min)23.0kV19.6kV16.0kV12.0kV不同电压下HA去除效果40003500300025002000150010005000.30.60.91.21.5C-OC=CC-H1382285416002924Transmittance(%)cm-1)030min3438O-H处理前后FTIR变化0min30min处理前后SEM分析处理前：表面粗糙、细小颗粒等；处理后：相对光滑均匀HA分子表面官能团与放电活性物质作用，官能团桥联、小颗粒融合形成聚合体0102030400246810DOC(mgL-1)SUVA254SUVA280SUVA365SUVA436SUVAX(a.u.Lmg-1)Treatmenttime(min)(b)46810DOC特征紫外吸收的变化芳香度降低；双键破坏、发色基团断裂；疏水性向亲水性转化；大分子向小分子结构转化SUVA254和SUVA280：芳香结构和双键；值越大，说明疏水性大分子结构；SUVA365：大分子尺寸；SUVA436：发色基团表1.特征吸光度比值的变化t(min)A250/A365A254/A436A465/A665SR02.775.704.621.85205.8415.003.333.26307.2517.113.003.47409.0619.001.003.74分子量减小发色基团不断破坏芳香度不断降低分子量减小L275-295/L350-400(a)0min(b)20min(c)30min(d)40min三维荧光分析处理后出现新峰，各峰荧光强度不断降低；红移发生----羰基、羧基、羟基增强；蓝移发生----大分子破坏、芳香结构分解。03放电等离子体耦合铁屑内电解-沉淀法去除水中金属螯合物03络合重金属介绍络合重金属废是指废水中同时含有重金属离子和各种络合剂、添加剂，如、柠檬酸、酒石酸等，导致废水中的重金属以络合态的形式存在。络合重金属类废水主要来源于电镀、印刷电路板、金属冶炼、造纸以及印等行业气治理难度高于传统的重金属废水处理。络合重金属络合重金属废水中的污染物毒性强，一般都难以降解、性质稳定，可在水体、土壤和底泥等环境介质中残留很长时间，破坏生态环境，危害人类健康。因此，开发经济高效的处理络合重金属废水的新工艺，实现工业废水达标排放具有很重要的现实意义。络合重金属废水的危害01Keywords:CHECKWaterpollutionDBD(Dielectricbarrierdischargeplasma)EDTAoxidationTitlehereMetalleachateCopperremovalSolarphotocatalysis对非络合的重金属废水，一般通过调节溶液至碱性即可达到较好的去除效果。对络合态的重金属废水，因络合剂和重金属离子之间存在较强的络合能力，常规沉淀处理效果很难满足日益严格的行业标准。络合重金属废水处理方法必要性0203研究方向放电等离子体耦合铁屑内电解-沉淀法去除水中金属螯合物是一种处理含有羧基的重金属络合废水的组合新技术：置换光解沉淀法，即首先利用与络合态重金属发生置换，使标重金属呈游离态；然后在紫外光照下，铁络合物发生光解破络；最后通过常规沉淀法将者去除。实验依据置换过程是利用与的络合能力远高于从而能将铜从络合态转变成游离态；光解过程则是根据在紫外光照下，可以发生配体到金属的电子转移，（达到降解破络的目的，最终通过常规沉淀法将重金属去除。置换光解沉淀法去除的基本机理可以从两个方面考虑。探明活性物种产量与重金属络合物破络效果的关系。反应器结构、电气参数、气体参数和溶液pH对放电特性和活性物种生成的影响。探究电气参数、溶液pH、气体参数、重金属络合物初始浓度、络合剂和重金属种类等对重金属络合物破络的影响范围构建放电等离子体处理重金属络合物的实验系统001放电等离子体对重金属络合物的破络效应03研究步骤002放电等离子体-铁屑内电解对重金属络合物破络的耦合效应探明联合体系对重金属络合物破络的耦合作用效果。探究放电等离子体-铁屑内电解联合作用下电气参数、气体参数、溶液pH络合剂和重金属种类、铁屑粒度及用量等对重金属络合物破络的影响研究放电等离子体诱导铁屑内电解发生的实验条件003放电等离子体耦合铁屑内电解-沉淀法去除重金属络合物的机制从絮凝沉淀物的结构和Fe(OH)x絮体的吸附共沉淀作用等入手，探明破络后重金属离子的沉淀去除过程。络合物降解中间产物的演化、活性物种对络合物的络合中心的攻击行为，铁屑形貌及元素组成的变化探索重金属络合物破络的机理从放电等离子体理化效应的贡献、活性物质种类及含量与重金属络合物破络的相关性参考文献：[1]R.Marotta,D.Spasiano,I.DiSomma,R.Andreozzi,V.Caprio,Kineticmodelingofbenzylalcoholand/orbenzaldehydeselectiveoxidationinwaterbymeansofTiO2/CuII/hmprocess,Chem.Eng.J.209(2012)69–78.[2]A.Pezzella,L.Capelli,A.Costantini,G.Luciani,F.Tescione,B.Silvestri,G.Vitiello,F.Branda,Towardsthedevelopmentofanovelbioinspiredfunctionalmaterial:synthesisandcharacterizationofhybridTiO2/DHICA-melaninnanoparticles,Mater.Sci.Eng.C33(2013)347–355.[3]Z.Wang,W.Ma,C.Chen,H.Ji,J.Zhao,Probingparamagneticspeciesintitaniabasedheterogeneousphotocatalysisbyelectronspinresonance(ESR)spectroscopy–aminireview,Chem.Eng.J.170(2011)353–362.[4]L.F.Velasco,V.Maurino,E.Laurenti,C.Ania,Light-inducedgenerationofradicalsonsemiconductor-freecarbonphotocatalysts,Appl.Catal.A453(2