超聲空氣氧化課件

超聲空氣氧化0概述一種在媒質中傳播的彈性機械波，頻率大于20kHz波長短而具有束射性強、易于通過聚焦集中能量超聲波化學是指利用超聲波輻射加速化學反應、提高生產率的一門新興的交叉學科。超聲空化效應所產生的高溫、高壓能夠促成一些在通常條件下無法發(fā)生的反應，集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術的特點于一身。超聲降解水體中的有機物是一物理化學降解過程，其主要源于聲空化效應及由此引發(fā)的物理和化學變化。一般認為超聲降解水中有機物有三種情況：在空化泡內，由于空化泡的崩潰產生高溫高壓可引發(fā)直接熱解，同時也存在水蒸氣熱解產生的HO·和H·與污染物反應的情況。在空化泡的氣液界面處，為高溫高壓空化泡相和常溫常壓本體溶液之間過渡區(qū)域，局部溫度仍可達2100K左右，且局部有濃縮的HO·，因此仍可能發(fā)生熱解和自由基反應。同時，還可能存在超臨界水氧化反應。在聲波負壓相的半周期時，液體中溶解的氣體因負壓作用快速汽化成無數的微小空化泡，水中的揮發(fā)性溶質、溶解氣體、水蒸氣等可進入空化泡內；在隨后聲波正壓的半周期中，空化泡被迅速壓縮，這種擴張和壓縮瞬間可千萬次重復，結果是一些空化泡進入持續(xù)的壓縮和擴張振蕩，形成穩(wěn)態(tài)空化泡；另一些則完全崩潰，形成瞬態(tài)空化泡，空化泡崩潰時伴隨形成許多微空泡，構成新的空化核。空化過程可表觀為泡核的生成、振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。

水中污染物的超聲分解可發(fā)生在空化泡內部、空化泡界面和液相本體三個區(qū)域。

理論研究表明，空化過程能有效聚集能量，空化泡崩潰時水體中局部可產生高溫和高壓。高溫可導致自由基、過氧化氫、超臨界水（SCW）及聲致發(fā)光等現(xiàn)象形成，高壓可在液體中產生強大的剪切力、沖擊波或高速射流。瞬態(tài)空化泡崩潰時，可形成局部熱點，水溶液中為2000～2500K，最高溫度在5000K以上，壓力可達50～100Mpa。

進入空化泡內的溶質分子和環(huán)境氣體熱解成原子和自由基，水轉化成·OH、·H，然后在較冷的界面上結合成O2、H2O2、HO2·等氧化性物質，通過高溫熱解和自由基氧化作用使污染物得到降解；在空化泡的氣液界面（約0.2um，T<2000K）,因壓力梯度尚存，溶質發(fā)生熱解，同時溶質與熱解過程生成的自由基、SCW等發(fā)生反應；（2）超聲聲強超聲波的聲強與振幅成正比，超聲反應系統(tǒng)的最小聲強必須大于空化閾值（使液體產生空穴的最小聲強或聲壓）。（3）超聲輻射時間在參數固定的連續(xù)超聲波聲場中，空化過程的聲化學產額與超聲輻照時間成線性關系，污染物的凈化效率隨輻照時間增加而提高。（4）超聲反應裝置超聲反應裝置由超聲波發(fā)生器、換能器和反應器組成。（4）離子強度增加溶液中的離子濃度，可使溶液的蒸汽壓降低，表面張力變大，這意味著空化泡的收縮率將增大，空化閾值將得到提高，空化泡崩潰時的極端溫度也相應增高。（5）液體黏度空化泡的產生和成長需要聲波的負壓相不斷克服溶液中分子間的自然黏合力，溶液黏度增加，空化閾值提高，空化泡的產生量隨之減少，空化過程難以進行但若超聲波的能量超過空化閾值，空化泡崩裂時產生的極端環(huán)境可加劇，對污染物的降解有利。（6）表面張力因此，污染物的蒸汽壓、溶解度、沸點、極性等性質對超聲波降解效果都會產生影響，如疏水性、蒸汽壓搞的氯苯比親水性、蒸汽壓低的氯酚具有更好的超聲波降解效果。3超聲波技術在廢水處理中的應用3.1超聲波降解有機氯化物（1）脂肪族有機氯化物的超聲波分解（2）芳香族有機氯化物的超聲波分解（3）羥基類有機氯化物的超聲分解（4）有機氯化物性質與超聲分解的關系3.2超聲波降解氣體化合物4超聲波凈化污染物的強化途徑超聲波對憎水性、易揮發(fā)的污染物具有良好的去除效果原因在于前者極易由溶液本體向空化泡捏轉移，以氣態(tài)分子的形式在氣泡內參與熱裂解反應和自由基反應，空化泡氣液相界面及其附近區(qū)域的溶質分子也可被逃逸出來的自由基氧化降解。對非揮發(fā)物質的降解主要取決于氣液界面及其液相主體的自由基反應。因此，可通過與以下處理手段的組合來提高超聲波降解的效率。（1）添加氧化劑由于氧化劑在聲化學過程中參與鏈的裂解和自由基的生成，增加了空化泡崩潰時·H、·HO2、·OH等強氧化性自由基的生成量，因此，向待處理液中添加諸如H2O2、O3、HclO等強氧化劑能有效提高超聲波的降解效果。（2）添加催化劑超聲輻射可以增強催化劑在反應體系中的分散度，同時超聲空化產生的沖擊波微射流，可不斷清洗剝除固體催化劑表面的鈍化層，有效保持催化劑的活性。（3）改變污染物的極性或揮發(fā)性向溶液中添加適當的藥劑，將極性、半揮發(fā)或難揮發(fā)的有機物轉化為非極性、易揮發(fā)的有機物，同樣可以有效地去除水樣中污染物。（4）消除溶液中的自由基捕獲劑