超聲空氣氧化課件

超聲空氣氧化0概述一種在媒質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波，頻率大于20kHz波長(zhǎng)短而具有束射性強(qiáng)、易于通過(guò)聚焦集中能量超聲波化學(xué)是指利用超聲波輻射加速化學(xué)反應(yīng)、提高生產(chǎn)率的一門新興的交叉學(xué)科。超聲空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫、高壓能夠促成一些在通常條件下無(wú)法發(fā)生的反應(yīng)，集高級(jí)氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點(diǎn)于一身。超聲降解水體中的有機(jī)物是一物理化學(xué)降解過(guò)程，其主要源于聲空化效應(yīng)及由此引發(fā)的物理和化學(xué)變化。一般認(rèn)為超聲降解水中有機(jī)物有三種情況：在空化泡內(nèi)，由于空化泡的崩潰產(chǎn)生高溫高壓可引發(fā)直接熱解，同時(shí)也存在水蒸氣熱解產(chǎn)生的HO·和H·與污染物反應(yīng)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(guò)渡區(qū)域，局部溫度仍可達(dá)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(yīng)。同時(shí)，還可能存在超臨界水氧化反應(yīng)。在聲波負(fù)壓相的半周期時(shí)，液體中溶解的氣體因負(fù)壓作用快速汽化成無(wú)數(shù)的微小空化泡，水中的揮發(fā)性溶質(zhì)、溶解氣體、水蒸氣等可進(jìn)入空化泡內(nèi)；在隨后聲波正壓的半周期中，空化泡被迅速壓縮，這種擴(kuò)張和壓縮瞬間可千萬(wàn)次重復(fù)，結(jié)果是一些空化泡進(jìn)入持續(xù)的壓縮和擴(kuò)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(shí)伴隨形成許多微空泡，構(gòu)成新的空化核。空化過(guò)程可表觀為泡核的生成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮及崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

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

理論研究表明，空化過(guò)程能有效聚集能量，空化泡崩潰時(shí)水體中局部可產(chǎn)生高溫和高壓。高溫可導(dǎo)致自由基、過(guò)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(chǎn)生強(qiáng)大的剪切力、沖擊波或高速射流。瞬態(tài)空化泡崩潰時(shí)，可形成局部熱點(diǎn)，水溶液中為2000～2500K，最高溫度在5000K以上，壓力可達(dá)50～100Mpa。

進(jìn)入空化泡內(nèi)的溶質(zhì)分子和環(huán)境氣體熱解成原子和自由基，水轉(zhuǎn)化成·OH、·H，然后在較冷的界面上結(jié)合成O2、H2O2、HO2·等氧化性物質(zhì)，通過(guò)高溫?zé)峤夂妥杂苫趸饔檬刮廴疚锏玫浇到?；在空化泡的氣液界面（約0.2um，T<2000K）,因壓力梯度尚存，溶質(zhì)發(fā)生熱解，同時(shí)溶質(zhì)與熱解過(guò)程生成的自由基、SCW等發(fā)生反應(yīng)；（2）超聲聲強(qiáng)超聲波的聲強(qiáng)與振幅成正比，超聲反應(yīng)系統(tǒng)的最小聲強(qiáng)必須大于空化閾值（使液體產(chǎn)生空穴的最小聲強(qiáng)或聲壓）。（3）超聲輻射時(shí)間在參數(shù)固定的連續(xù)超聲波聲場(chǎng)中，空化過(guò)程的聲化學(xué)產(chǎn)額與超聲輻照時(shí)間成線性關(guān)系，污染物的凈化效率隨輻照時(shí)間增加而提高。（4）超聲反應(yīng)裝置超聲反應(yīng)裝置由超聲波發(fā)生器、換能器和反應(yīng)器組成。（4）離子強(qiáng)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(shí)的極端溫度也相應(yīng)增高。（5）液體黏度空化泡的產(chǎn)生和成長(zhǎng)需要聲波的負(fù)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(chǎn)生量隨之減少，空化過(guò)程難以進(jìn)行但若超聲波的能量超過(guò)空化閾值，空化泡崩裂時(shí)產(chǎn)生的極端環(huán)境可加劇，對(duì)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(diǎn)、極性等性質(zhì)對(duì)超聲波降解效果都會(huì)產(chǎn)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(shù)在廢水處理中的應(yīng)用3.1超聲波降解有機(jī)氯化物（1）脂肪族有機(jī)氯化物的超聲波分解（2）芳香族有機(jī)氯化物的超聲波分解（3）羥基類有機(jī)氯化物的超聲分解（4）有機(jī)氯化物性質(zhì)與超聲分解的關(guān)系3.2超聲波降解氣體化合物4超聲波凈化污染物的強(qiáng)化途徑超聲波對(duì)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(zhuǎn)移，以氣態(tài)分子的形式在氣泡內(nèi)參與熱裂解反應(yīng)和自由基反應(yīng)，空化泡氣液相界面及其附近區(qū)域的溶質(zhì)分子也可被逃逸出來(lái)的自由基氧化降解。對(duì)非揮發(fā)物質(zhì)的降解主要取決于氣液界面及其液相主體的自由基反應(yīng)。因此，可通過(guò)與以下處理手段的組合來(lái)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(xué)過(guò)程中參與鏈的裂解和自由基的生成，增加了空化泡崩潰時(shí)·H、·HO2、·OH等強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)催化劑在反應(yīng)體系中的分散度，同時(shí)超聲空化產(chǎn)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(dāng)?shù)乃巹?，將極性、半揮發(fā)或難揮發(fā)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為非極性、易揮發(fā)的有機(jī)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