氮杂环化合物介质阻挡放电降解的实验研究及机理初探

论文摘要

氮杂环化合物是一种重要的化工原料,广泛存在于焦化废水、制药废水、农药废水及印染废水中,严重污染水体环境。氮杂环化合物是一类难生物降解的有机物,具有致癌、致畸、致突变的性质,对人类健康构成巨大威胁,因此开发一种高效、经济、绿色的氮杂环化合降解技术具有十分重要的意义。论文提出含氮杂环化合物废水的介质阻挡放电（DBD）处理法,并对介质阻挡放电用于水中难降解有机物的去除作用机理进行了初步探讨。在此基础上,提出以待处理废水作为接地极的一种新型介质阻挡放电水处理反应器结构。通过实验,考察了该反应器在不同电源频率、极板间距及极板电压作用下的放电特性。以模拟含氮杂环化合物废水为处理对象,研究了放电电压、电源频率、初始浓度、初始pH值等因素对去除效果的影响,采用液质联用技术对放电处理过程中的中间产物进行分析,初步探讨了此类化合物的降解机理。本论文的研究成果如下:（1）研制新型介质阻挡放电水处理反应器,以待处理废水作为接地极,使介质阻挡放电过程中产生的各种化学活性粒子（·OH、·O、H2O2、O3等）与废水充分接触反应,能够提高废水中有机污染物的降解率。（2）研究介质阻挡放电反应器特性发现,电源频率与极板间距对极板电压影响较大。在相同极板间距下,随着电源频率的增大,极板电压先增大后减少,极板电压最大时的电源频率为9kHz,当极板电压达到放电电压后其值基本保持不变。相同电源频率下,随着极板间距的增大,放电电压也随之升高。（3）降解喹啉的实验中发现放电电压、电源频率、初始浓度、初始pH值都会对喹啉的降解造成影响。不同实验条件下,发现喹啉水样的吸光度都出现先降低后升高的现象,说明有大量中间产物的产生,导致吸光度叠加。实验中发现,放电电压为10kV,电源频率为10kHz,初始浓度为20ppm,在酸性条件下都能取得较好的处理效果。通过液质联用技术对喹啉降解中间产物进行研究,发现介质阻挡放电过程中产生的·OH、O3主要进攻喹啉分子的5,8位碳原子,进而改变整个分子的π电荷密度分布,使喹啉易于降解。（4）降解吡啶的实验发现吡啶水样的吸光度一直处于上升趋势,说明有大量中间产物的产生。本实验中放电电压为10kV,电源频率为9kHz,初始浓度为60ppm,在碱性条件下都能得到较好处理效果。对吡啶降解机理进行初步推断,放电过程中3号位碳原子先羟基化,进而改变整个吡啶环π电荷密度分布,使吡啶降解容易进行。（5）降解吲哚的实验发现吲哚水样由无色变成红棕色,推断放电过程中2,3号位碳原子发生羟基化反应,产物为吲哚衍生物靛红。（6）介质阻挡放电对氮杂环化合物有机废水的确具有降解效果,因此可作为一种预处理手段,降低后续水处理工艺的处理难度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 高压放电水处理技术的研究进展
• 1.2.1 介质阻挡放电法
• 1.2.2 高压脉冲电晕放电法
• 1.2.3 辉光放电法
• 1.2.4 滑动弧放电法
• 1.3 氮杂化化合物降解研究进展
• 1.3.1 生物法
• 1.3.2 高级氧化法
• 1.3.3 其他方法
• 1.4 本课题的主要研究内容及意义
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 课题研究意义
• 第2章 介质阻挡放电水处理技术理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 介质阻挡放电电极结构
• 2.3 介质阻挡放电过程
• 2.4 介质阻挡放电水处理的理论基础
• 2.4.1 高能电子作用
• 2.4.2 臭氧作用
• 2.4.3 紫外光解作用
• 2.5 本章小结
• 第3章 介质阻挡放电反应器的研制及特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 介质阻挡放电实验装置
• 3.2.1 实验电源
• 3.2.2 介质阻挡放电反应器
• 3.2.3 介质阻挡放电电路原理图
• 3.3 介质阻挡放电反应器放电特性实验研究
• 3.3.1 电源频率对极板电压的影响
• 3.3.2 极板间距对极板电压的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 喹啉介质阻挡放电实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 主要实验仪器及材料
• 4.3 实验方法及步骤
• 4.3.1 实验水样的配制
• 4.3.2 标准曲线的绘制
• 4.3.3 COD的测定
• 4.3.4 中间产物的检测
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 放电电压的影响
• 4.4.2 电源频率的影响
• 4.4.3 初始浓度的影响
• 4.4.4 初始pH值的影响
• 4.4.5 高效液相色谱法确定喹啉降解率
• 4.5 中间产物的推断
• 4.5.1 高效液相色谱图及质谱图解析
• 4.5.2 喹啉降解机理的推断
• 4.6 本章小结
• 第5章 吡啶、吲哚介质阻挡放电降解实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验仪器及材料
• 5.3 吡啶降解实验研究
• 5.3.1 实验方法及步骤
• 5.3.2 实验结果及分析
• 5.3.3 中间产物的推断
• 5.4 吲哚降解实验研究
• 5.4.1 实验方法及步骤
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.4.3 中间产物的推断
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果