等離子體處理廢水的反應(yīng)動力學(xué)研究進展

         等離子體處理廢水的反應(yīng)動力學(xué)研究進展

電工技術(shù)學(xué)會等離子體專委會 

近期，中國電工學(xué)會等離子體及應(yīng)用專委會委員、河海大學(xué)陳秉巖博士與廈門大學(xué)陳強博士，研究了等離子體用于水環(huán)境治理與污染物處理的反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，并取得新進展。研究結(jié)果表明：電弧等離子體射流降解苯酚和對硝基苯酚溶液，當(dāng)溶液流速較低時屬于擴散控制反應(yīng)，當(dāng)溶液流速較高時轉(zhuǎn)化為活化能控制反應(yīng)；增加放電反應(yīng)器供電電壓、提高溶液初始溫度、改變?nèi)芤撼跏紁H值和使用催化劑，均可以降低氣液兩相放電反應(yīng)系統(tǒng)的活化能，從而有效提升有機物降解的反應(yīng)速率和放電能量利用率。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)類國際頂尖期刊Journal of Hazardous Materials上。以上研究成果，是該研究組在放電活性成分產(chǎn)生及其環(huán)境應(yīng)用、放電光電特性及其診斷等研究成果（Plasma Sci. Technol., 2016, 18: 41-50. (Highlights paper); PlasmaSci. Technol., 2018, 20: 024005. (Highlights paper); IEEE T. Plasma Sci., 2019,47: 837-846.; Plasma Sci. Technol., 2018, 20: 024009.; IEEE T. Plasma Sci.,2016, 44: 3369-3378.; Plasma Sci. Technol., 2016, 18: 278-286.; Plasma Sci.Technol., 2014, 16: 1126-1134.）之后取得的又一重要進展。Journalof Hazardous Materials由荷蘭阿姆斯特丹的愛思唯爾（Elsevier）于1975年出版，快速發(fā)表具有較高影響力的環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究論文，該期刊為中科院分區(qū)環(huán)境科學(xué)1區(qū)期刊（IF:6.434@2017-2018）。

在水中和與水接觸的放電等離子體，通常伴隨著非常復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，其在水環(huán)境污染治理、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域中有良好的應(yīng)用前景。等離子體用于廢水治理，氣液兩相放電活性成分及其反應(yīng)動力學(xué)過程扮演著重要角色。課題組的研究發(fā)現(xiàn)，電弧等離子體射流插入流動的廢水溶液中，增加溶液流速有利于提高氣相等離子與液相之間的擴散與傳質(zhì)速率，從而促進廢水中的苯酚和對硝基苯酚的清除效率；然而，當(dāng)氣相和液相之間的擴散速率達到并超過反應(yīng)速率時，持續(xù)增加擴散速率無法提高廢水降解反應(yīng)速率和能量利用率。此時，可以通過改變?nèi)芤撼跏紁H值、使用催化劑、提升反應(yīng)溫度等方式降低反應(yīng)系統(tǒng)的活化能，從而提升廢水降解反應(yīng)速率。在未來的等離子體與水相互作用的應(yīng)用中，可以通過改變氣液兩相流的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)和等離子體源的活性成分和劑量，調(diào)控氣液兩相放電系統(tǒng)的反應(yīng)動力學(xué)過程，獲得不同的處理效果，最終獲得高效利用放電能量的最佳調(diào)控參量。

課題組的相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金項目(Nos.: 11274092, 11874140)、中國高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革研究基金項目(No.: 16CCJG01Z004)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目(No.: 2017B15214)的資助。

等離子體射流處理流動含氣有機溶液的主要反應(yīng)過程

擴散速率影響等離子體射流處理流動狀態(tài)的苯酚和對硝基苯酚廢水的降解規(guī)律

                 活化能影響等離子體射流處理流動狀態(tài)的苯酚和對硝基苯酚廢水的降解規(guī)律