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等離子體處理廢水的反應動力學研究進展
等離子體處理廢水的反應動力學研究進展
近期，中國電工學會等離子體及應用專委會委員、河海大學陳秉巖博士與廈門大學陳強博士，研究了等離子體用于水環(huán)境治理與污染物處理的反應動力學規(guī)律，并取得新進展。研究結果表明：電弧等離子體射流降解苯酚和對硝基苯酚溶液，當溶液流速較低時屬于擴散控制反應，當溶液流速較高時轉化為活化能控制反應；增加放電反應器供電電壓、提高溶液初始溫度、改變溶液初始pH值和使用催化劑，均可以降低氣液兩相放電反應系統(tǒng)的活化能，從而有效提升有機物降解的反應速率和放電能量利用率。相關研究結果發(fā)表在環(huán)境科學類國際頂尖期刊Journal of Hazardous Materials上。以上研究成果，是該研究組在放電活性成分產生及其環(huán)境應用、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)境科學領域的研究論文，該期刊為中科院分區(qū)環(huán)境科學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，通常伴隨著非常復雜的物理和化學過程，其在水環(huán)境污染治理、生物醫(yī)學、材料科學等領域中有良好的應用前景。等離子體用于廢水治理，氣液兩相放電活性成分及其反應動力學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，當氣相和液相之間的擴散速率達到并超過反應速率時，持續(xù)增加擴散速率無法提高廢水降解反應速率和能量利用率。此時，可以通過改變溶液初始pH值、使用催化劑、提升反應溫度等方式降低反應系統(tǒng)的活化能，從而提升廢水降解反應速率。在未來的等離子體與水相互作用的應用中，可以通過改變氣液兩相流的反應動力學參數(shù)和等離子體源的活性成分和劑量，調控氣液兩相放電系統(tǒng)的反應動力學過程，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控參量。
課題組的相關研究得到了國家自然科學基金項目(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)、中央高校基本科研業(yè)務費項目(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
