微波氧化技術(shù)課件

1、微波氧化技術(shù)0 概述 傳統(tǒng)的生化處理方法工藝成熟但運行穩(wěn)定性差。 微波是一種電磁能，通過離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動引起分子運動，但不引起分子結(jié)構(gòu)改變和非離子化的輻射能。 微波加熱與傳統(tǒng)加熱相比，微波加熱沒有熱傳遞過程的熱損失，熱效率比傳統(tǒng)加熱法高。 微波技術(shù)現(xiàn)已成功地用于廢氣、廢水、固體廢物的處理及環(huán)境監(jiān)測等方面。1 微波介紹 微波是一種電磁波，波長范圍沒有明確界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三個波段，也就是波長從1mm 到1m 左右，頻率范圍從300 MHz 到300 GHz，由于微波的頻率很高，所以亦稱為超高頻電磁波。 微波與工業(yè)用電和無線電中波廣播的頻率與波長范圍比較如表1 所示。 因為微

2、波的應(yīng)用極為廣泛，為了避免相互間的干擾，供工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)使用的微波頻段（如表2 所示）是不同的。目前只有915MHz 和2450MHz 被廣泛使用，在較高的兩個頻率段還沒有合適的大功率工業(yè)設(shè)備。 微波是電磁波，它是具有電磁波的諸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴隨著電磁波進行能量傳輸?shù)炔▌犹匦?，這就決定了微波的產(chǎn)生、傳輸、放大、輻射等問題都不同于普通的無線電、交流電。 在微波領(lǐng)域中，通常應(yīng)用所謂“場”的概念來分析系統(tǒng)內(nèi)電磁波的結(jié)構(gòu)，并采用功率、頻率、阻抗、駐波等作為微波測量的基本量。 具體說來有以下幾點：（1）在研究微波問題時，應(yīng)使用電磁場的概念，許多高頻交變電磁場的效益不能忽略。 （2）

3、微波傳播時是直線傳播，遇到金屬表面將發(fā)生反射，其反射方向符合光的反射規(guī) （3）微波的頻率很高，其輻射效應(yīng)更為明顯。（4）當入射波與反射波相遇疊加時能形成波的干涉現(xiàn)象，其中包括駐波現(xiàn)象。 （5）微波能量的空間分布同一般電磁場能量一樣，具有空間分布性質(zhì)。 另外，電磁波是以光的速度傳播的，在微波頻段轉(zhuǎn)換時間快于千萬分之一秒。這就是微波可構(gòu)成內(nèi)外同時快速加熱的原理。 熱慣性小 似光性和似聲性 非電離性 信息性2 微波的產(chǎn)生 微波能通常由直流電或50Hz交流電通過一特殊的器件來獲得。 可以產(chǎn)生微波的器件主要分為兩大類： 半導(dǎo)體器件和電真空器件。 電真空器件稱之為電子管。3 微波加熱的原理 微波是頻率在3

4、00兆赫到300千兆赫的電波，被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子。 它在快速變化的高頻點磁場作用下，其極性取向?qū)㈦S著外電場的變化而變化。造成分子的相互摩擦運動的效應(yīng)，此時微波場的場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使物料溫度升高，產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過程而達到微波加熱干燥的目的。4 微波誘導(dǎo)催化氧化技術(shù)(MIOP) Microwave Induced Oxidation Process 微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的基本原理可簡述如下： 將高強度短脈沖的微波輻射通過聚焦到含有某種“敏化劑”（如鐵磁金屬）的固體催化劑床表面上，由于表面金屬點位與微波能的強烈作用，微波能將變成熱能，從而使某些表面點位選擇性被很快加熱

5、至很高溫度。 雖然反應(yīng)器中有機試劑不會被微波直接加熱，但它們與受激發(fā)的表面激發(fā)點位接觸時卻可發(fā)生反應(yīng)。通過控制微波脈沖的輻射時間就可以控制催化劑表面的溫度。 在微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)中，微波主要是與催化劑或其載體發(fā)生作用將其激活，隨后被激活的催化劑再催化相應(yīng)反應(yīng)的進行。 從微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的歷程來看，微波首先是與催化劑或其載體相作用，被激活后再催化有關(guān)反應(yīng)。 因此，所用的催化劑或其載體必須要與所加微波能發(fā)生強烈的相互作用。4.2 微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的催化劑和載體 金屬催化劑 S區(qū)金屬氧化物 P區(qū)金屬氧化物和過渡金屬氧化物 5 微波誘導(dǎo)催化技術(shù)在污染治理中的應(yīng)用5.1微波誘導(dǎo)SO2和NOx還原與酸氣污染

6、物治理 目前，去除SO2污染的方法大都采用氧化法，將SO2氧化后中和除去。 采用微波誘導(dǎo)催化還原技術(shù)，讓含有5% SO2或25% NO的空氣通過在脈沖微波輻射下的催化劑（Ni-1401），SO2即可被分解而釋放出氧和硫；NO幾乎可以被完全去除，產(chǎn)物為O2、N2以及少量的N2O。類似的技術(shù)還可以用于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)鹵代烴類化合物的脫鹵處理。 熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動而摩擦生熱；體內(nèi)離子在微波作用下振動也會將振動能量轉(zhuǎn)化為熱量；一般分子也會吸收微波能量后使熱運動能量增加。、 6.2 微波的非熱效應(yīng) 微波的非熱效應(yīng)是指除熱效應(yīng)以外的其他效應(yīng)，如電效應(yīng)、磁效應(yīng)

7、及化學(xué)效應(yīng)等。 在微波電磁場的作用下，生物體內(nèi)的一些分子會產(chǎn)生變形和振動，使細胞膜功能受到影響，使細胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用改變，進而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。6.3 微波殺菌的機理 微波殺菌是利用了電磁場的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。微波對細菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變化，使細菌失去營養(yǎng)，繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應(yīng)是微波電場改變細胞膜斷面的電位分布，影響細胞膜周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細胞結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長發(fā)育受到抑制而死亡。此外，微波能使細菌正常生長和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸RNA和脫氧核糖核酸DNA，是由若干氫鍵松弛，斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體畸變甚至斷裂。 微波萃取的機理可從以下3個方面來分析： 微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達物料內(nèi)部的微管束和腺胞系統(tǒng)的過程。 微波所產(chǎn)生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴散的速率。 在微波萃取中，吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進入到具有較小介電常數(shù)、微波吸收