复杂环境中超声降解有机污染物的协同效应研究

论文摘要

环境污染和能源短缺问题目前已成为制约人类发展的两大主要难题。随着科学发展观和和谐发展观念的深入,人们渐渐认识到保护自然环境的重要性。对于自然环境的破坏对人们影响最直接的就是水污染和大气污染。其中水污染问题的处理,目前已经开发了许多方法用来治理工业废水,染料废水的问题。超声降解作为处理水污染的方法之一,被广泛用来处理污染废水中含有的有机污染物当中。本文将分别从影响超声降解的因素对其进行研究,研究在复杂环境中超声降解有机污染物的协同效应。其分别从反应器的结构、超声协同催化剂降解有机污染物、超声协同高碘酸盐降解海水中的有机污染物和不同表面张力对超声降解有机污染物的影响进行研究。其具体的研究内容如下:（1）利用软件对柱形、锥形和半球复合型声化学反应器内部声场进行了仿真,通过对不同结构声化学反应器内部声场的分析,可以看出半球复合型反应器内部声场的强度和均匀性都强于柱形反应器和锥形反应器。对不同结构的声化学反应器内声场的研究有助于在声化学反应、超声清洗等领域选择适合的反应器结构,以达到最佳的能量利用效率和作用效果。（2）利用水热法实验室制备微球型结构的Bi2O2CO3样品。通过XRD,SEM,UV-vis和比表面积仪的结果分析可知,合成的Bi2O2CO3样品为5-8 μm的多孔微球结构,并且具有高比表面积,其中比表面积可以达到20.89m2/g。以罗丹明B作为模拟污染物,利用超声协同Bi2O2CO3降解罗丹明B,通过改变实验条件,其降解率可以高达91.7%。可见超声协同微球型结构Bi2O2CO3催化剂可以有效提高超声降解对污染物的去除效率。（3）利用超声协同高碘酸盐对海水中的有机污染物罗丹明B进行降解。通过改变实验参数研究了超声协同高碘酸盐对降解海水中罗丹明B的影响,对参加反应过程中的主要氧化基团进行了鉴定。结果表明超声协同高碘酸盐可以作为一种有效、快速地处理海洋中有机污染物的技术,羟基自由基是降解过程中的主要氧化基团。结果显示在超声协同高碘酸盐降解过程中高碘酸盐的添加量存在一个最佳剂量对应的罗丹明B降解效率达到最高,并且在强酸的条件下,有助于提高和加快对罗丹明B的降解效率。（4）利用表面活性剂改变液体的表面张力,实验研究了五种不同表面张力下超声降解对罗丹明B的影响。在实验过程中,通过罗丹明B的降解率来表征表面张力对超声降解过程的影响,然后数值分析表面张力对气泡脉动过程的影响,研究包括气泡半径、膨胀时间、崩溃时间、气泡膨胀比和崩溃前后泡能之比等动力学参数虽表面张力的变化。结果表明,超声降解效率随表面张力的增大而增大,并且存在非线性特征,表面张力影响了气泡的动力学参数,使得气泡膨胀所需的时间和崩溃所需的时间都变短,但是对泡能的利用率增加,导致产生的自由基的产率增加,从而影响到相对应的超声降解效率的增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 超声化学氧化
•     1.2.1 超声化学氧化的机理
•     1.2.2 超声化学氧化影响因素
•   1.3 超声化学氧化的研究以及应用进展
•   1.4 研究的主要内容
• 第2章 声化学反应器结构对声场分布的影响
•   2.1 声化学反应器的相关研究
•   2.2 声化学反应器的建模
•     2.2.1 变截面管状容器内声传播方程
•     2.2.2 模型建立
•     2.2.3 模拟思路
•   2.3 不同结构声化学反应器声场的分布及分析
•     2.3.1 柱形声化学反应器声场分布
•     2.3.2 锥形声化学反应器声场分布
•     2.3.3 半球复合型声化学反应器声场分布
•   2.4 本章小结
• 2O₂CO₃降解罗丹明B的研究'>第3章 超声协同微球型Bi₂O₂CO₃降解罗丹明B的研究
•   3.1 引言
• 2O₂CO₃样品的制备'>  3.2 Bi₂O₂CO₃样品的制备
•     3.2.1 实验原料
•     3.2.2 实验设备
•     3.2.3 实验方法及工艺流程
•     3.2.4 样品主要的表征方法
• 2O₂CO₃样品表征'>  3.3 Bi₂O₂CO₃样品表征
• 2O₂CO₃样品的XRD分析'>    3.3.1 Bi₂O₂CO₃样品的XRD分析
• 2O₂CO₃样品的形貌分析'>    3.3.2 Bi₂O₂CO₃样品的形貌分析
• 2O₂CO₃样品的紫外可见漫反射吸收光谱和比表面积分析'>    3.3.3 Bi₂O₂CO₃样品的紫外可见漫反射吸收光谱和比表面积分析
• 2O₂CO₃样品在不同条件下对RhB的超声催化降解'>  3.4 Bi₂O₂CO₃样品在不同条件下对RhB的超声催化降解
• 2O₂CO₃浓度对RhB的吸附影响'>    3.4.1 Bi₂O₂CO₃浓度对RhB的吸附影响
• 2O₂CO₃浓度对超声降解RhB的影响'>    3.4.2 Bi₂O₂CO₃浓度对超声降解RhB的影响
•     3.4.3 初始染料浓度对超声降解RhB的影响
•     3.4.4 超声功率对超声降解RhB的影响
•     3.4.5 乙醇对超声降解RhB的影响
• 2O₂CO₃降解RhB的机理'>    3.4.6 超声联合Bi₂O₂CO₃降解RhB的机理
•   3.5 本章小结
• 第4章 超声协同高碘酸盐降解海水中罗丹明B
•   4.1 前言
•   4.2 实验与方法
•     4.2.1 实验原料
•     4.2.2 实验方法
•   4.3 超声协同高碘酸盐降解海水中RhB的实验结果和讨论
•     4.3.1 不同条件下超声/高碘酸盐降解海水中RhB
•     4.3.2 参与超声/高碘酸盐氧化过程中主要氧化基团的鉴定
•     4.3.3 海水中盐分对超声/高碘酸盐降解海水中RhB的影响
•     4.3.4 初始染料的pH对超声/高碘酸盐降解RhB的影响
•     4.3.5 初始染料浓度对超声/高碘酸盐降解RhB的影响
•     4.3.6 初始高碘酸盐浓度对超声/高碘酸盐降解RhB的影响
•     4.3.7 超声脉冲模式对超声/高碘酸盐降解RhB的影响
•     4.3.8 超声/高碘酸盐协同降解RhB的机理
•   4.4 本章小结
• 第5章 表面张力对超声降解罗丹明B的影响
•   5.1 空泡动力学的相关理论
•     5.1.1 空化阈值
•     5.1.2 空化泡的崩溃时间
•     5.1.3 声场中空化泡壁的运动
•   5.2 实验与方法
•   5.3 表面张力对超声降解RhB影响的实验结果
•     5.3.1 不同表面活性剂对应表面张力的测定
•     5.3.2 表面张力对超声降解RhB的影响
•   5.4 表面张力对空泡动力学的数值计算
•     5.4.1 气泡动力学模型
•     5.4.2 表面张力对气泡脉动行为的影响
•     5.4.3 空泡化学反应动力学分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间学术论文及其他成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜栋栋

导师: 王成会

关键词: 高碘酸盐,声化学反应器,超声降解,表面张力,超声降解机理

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,环境科学与资源利用,工业通用技术及设备

单位: 陕西师范大学

分类号: TB559;X505

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001426

总页数: 70

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