工業(yè)純水設(shè)備分析：微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化技術(shù)處理有機廢水方法
【蘭州純水設(shè)備http://www.bc-shanghai.cn】微波誘導(dǎo)催化氧化技術(shù)(MICOP)是一種高強度短脈沖微波輻射對包含一些敏化劑表面的固體催化劑床,通過表面能級和強相互作用的微波能量,微波能轉(zhuǎn)化為熱能,從而有選擇地高溫表面的點,當反應(yīng)物接觸化學(xué)催化反應(yīng)時可能發(fā)生[1,2]。純水設(shè)備
活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑已廣泛應(yīng)用于廢水處理[3],以及活性炭是一種電阻式吸收材料,活性炭微波輻照下可以快速吸收加熱,干燥后的20多歲的溫度可以達到1000℃以上。活性炭具有較強的吸附能力，已廣泛應(yīng)用于微波處理環(huán)境污染物[4,5]。微波催化氧化活性炭已成為處理難降解有機廢水的熱點之一。探討了微波催化氧化活性炭的機理，分析了微波催化氧化技術(shù)的處理效果和發(fā)展方向，為工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
微波誘導(dǎo)活性炭的催化氧化機理工業(yè)純水設(shè)備
摘要微波催化氧化活性炭的機理被稱為“熱點效應(yīng)”和“羥基自由基理論”。
1.1熱點效應(yīng)
“熱效應(yīng)”也被稱為“熱效應(yīng)”,它強烈活性炭吸收微波能量,迅速在高溫,表面形成活性中心,當有機物的解決方案可以反應(yīng)在接觸這些點,最后退化二氧化碳和水,同時催化劑-活性炭表面吸附有機分子的空間解決方案,反應(yīng)器中有機分子的動態(tài)平衡的研究。Li yu等人[6]發(fā)現(xiàn)，當活性炭數(shù)量增加到一定比例時，微波場中的活性炭會出現(xiàn)“火”。金匯彭等。[7],研究微波加熱活性炭,活性炭不加熱作為一個整體,但在表面的“輕”,以便快速加熱,溫度達到950℃,活性炭也有類似的現(xiàn)象發(fā)生。華山臺等[8]利用顆粒活性炭吸附水溶液中的苯酚，將活性炭放入1000W微波爐中進行輻照。在150~180年代，苯酚完全降解為H2O和CO2。實驗結(jié)果表明,活性炭表面“熱點”的微波場在溫度1200 ~ 1800℃,正是這些“熱點”過程分解水中的有機物質(zhì)。
1.2羥基自由基理論
近年來提出了微波催化氧化中羥基自由基的理論。羥基自由基(?OH)具有高度的氧化性，可引起一系列自由基鏈反應(yīng)，直接降解水中的各種污染物，最終將污染物降解為CO2、H2O和其他無機鹽。羥基自由基氧化具有高效、快速的氧化速度。它是濕氧化、超臨界水氧化、光化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、聲化學(xué)氧化及相應(yīng)的催化氧化等許多高級氧化過程的主體。
S.h. orikoshi等[9,10,11]將微波技術(shù)與光催化降解技術(shù)相結(jié)合處理難降解有機污染物。他們的研究表明，微波輻照極大地促進了?OH的形成，增加了TiO2的表面活性，從而提高了有機污染物的降解效率。Lu jianmei等人[12]發(fā)現(xiàn)，在研究單體均聚和共聚時，微波輻照可以增加反應(yīng)中自由基的數(shù)量。系統(tǒng)中的極性分子吸收微波能量工業(yè)純水設(shè)備，極性鍵自旋、振蕩、斷裂，從而產(chǎn)生更多的自由基。張耀斌[13]發(fā)現(xiàn)單獨使用微波加熱不會產(chǎn)生羥基自由基，因為微波能量不足以破壞或重組[14]鍵;當活性炭存在時，水中活性炭在微波照射下可達到局部(瞬時)高溫，而此時水仍保持液相狀態(tài)，類似于濕空氣氧化狀態(tài)，從而產(chǎn)生?OH。XieQuan等人[15]發(fā)現(xiàn)，微波催化活性炭降解有機物時，微波、活性炭和氧源是產(chǎn)生?OH的三個必要條件。純水設(shè)備
微波反應(yīng)堆類型
2.1家用微波爐
目前大多數(shù)微波誘導(dǎo)活性炭的催化氧化是在改良的家用微波爐中進行的，微波爐適用于格蘭仕、LG和夏普等品牌，如表1(16、17、18、19、20、21、22、23、24)。
雖然取得了一些成就的研究修改國內(nèi)微波爐,仍有許多不足:(1)國內(nèi)微波爐的工作波過程半波整流式雙重壓力,屬于間歇加熱,和微波爐的有效功率大大受電網(wǎng)電壓波動的影響;(2)家用微波爐加熱范圍主要集中在爐腔底部的托盤上，水樣和催化劑加熱不均勻。(4)國內(nèi)微波爐無法為中試設(shè)備的設(shè)計提供準確的數(shù)據(jù)，國內(nèi)微波爐拒絕的一些實驗很可能在專用微波反應(yīng)器中成功。
2.2專用微波反應(yīng)器
專用微波反應(yīng)器一般采用微波功率自動變頻控制和非脈沖連續(xù)微波加熱技術(shù)，可自動調(diào)節(jié)和控制反應(yīng)過程，達到精確的溫度和反應(yīng)過程控制效果。微波輻照時間較長，收率較高。有些反應(yīng)器既有電磁攪拌方式，又有機械攪拌方式，在反應(yīng)過程中可用于冷凝、回流、滴水和水分離。這種特殊的微波反應(yīng)器可以為工程應(yīng)用單元或設(shè)備的設(shè)計和制造提供可靠的參數(shù)，對設(shè)備放大和實際工程應(yīng)用具有很強的指導(dǎo)意義。Njl07-3、mas-1、McLl-3微波反應(yīng)器主要用于微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化廢水的研究，如表2(25,26,27,28,29,30,31,32)所示。
3治療純水設(shè)備
目前，催化氧化研究和活性炭處理所產(chǎn)生的微波主要采用批量處理。也就是說，根據(jù)處理效果和優(yōu)化操作參數(shù)，在一定體積的模擬水樣或?qū)嶋H廢水中加入適量活性炭，輻射微波功率一段時間。由于微波能能在短時間內(nèi)將水加熱至沸騰，水的損失會影響分析結(jié)果的準確性。因此，目前主要采用添加冷凝裝置[17]和處理后加水的方法。工業(yè)純水設(shè)備活性炭處理完全淹沒在水里,因為水吸收的微波有很強的影響,導(dǎo)致大部分的微波吸收水,可能降低活性炭的催化作用,但很多有機廢水的研究結(jié)果表明,該方法具有良好的治療效果(24)19日,22日,其動力學(xué)研究和關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化結(jié)果可以為實際工程應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。
連續(xù)處理是將活性炭固定床安裝在微波反應(yīng)室中的一種動態(tài)處理方法。用恒流泵將處理后的水泵入固定床，在微波輻射下進行催化降解。對冷卻塔冷凝后的水進行收集分析。張耀斌等用活性炭固定床微波催化處理酸性蒽醌綠色染料廢水。固液比為1:1時，酸性蒽醌綠色染料質(zhì)量濃度為200mg/L, HRT為10min，微波功率為250W，脫色率達87.5%。BuLongLi[5],如微波輔助催化氧化的作用下,活性炭固定床反應(yīng)器研究了硝基苯酚的處理效果的解決方案,消除活性炭吸附的影響,微波功率為500 w,流6.4 ml / min,氣流40到60毫升/分鐘的條件下兩種硝基酚溶液質(zhì)量濃度(218.6,1200 mg / L)> 90%,礦化率65%以上的去除率,生化溶液從0.284增加到0.607。微波誘導(dǎo)活性炭催化水處理技術(shù)的持續(xù)處理技術(shù)已經(jīng)推進了其工程應(yīng)用過程，但關(guān)鍵參數(shù)的確定和成本優(yōu)化還有待進一步研究。純水設(shè)備
4廢水處理情況
目前微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化處理廢水的研究多集中于固定濃度下對微波功率、輻射時間和活性炭用量的考察和優(yōu)化。
大量研究結(jié)果表明，提高微波功率和活性炭投加量可有效提高對污染物的去除率，縮短輻射時間，其原因在于微波功率的提高可增加活性炭表面的“熱點”數(shù)量及吸收的能量，進而提高去除率〔31〕。從表3可以看出微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化技術(shù)在各類廢水處理中表現(xiàn)出良好的去除效果(去除率在77%~99.6%)〔17,19,22,25,30,31〕，但研究對象多為固定體積的水樣，處理量集中在50~100mL，相關(guān)研究較少涉及對不同體積水樣的處理能力和效果。此外，在活性炭投加量相對較大和200~900W微波輻射下易取得良好的去除效果，但若在此研究結(jié)果基礎(chǔ)上進行放大試驗和工程應(yīng)用，從運行成本考慮是不經(jīng)濟的。
卜龍利〔33〕根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒原理，對微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化技術(shù)進行了系統(tǒng)分析，研究認為，該實驗條件下處理高濃度廢水在經(jīng)濟上是可行的，但經(jīng)濟成本會因能量利用率過低而偏高。能量利用率偏低與微波裝置、負載阻抗和反應(yīng)器設(shè)計等因素有關(guān)，可改變微波頻率、采用單模微波諧振腔和改變反應(yīng)器形狀來提高微波腔內(nèi)能量的利用率。此外熱交換器的能量損失是導(dǎo)致經(jīng)濟成本偏高的另一主要因素。純水設(shè)備
5技術(shù)發(fā)展趨勢
微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化技術(shù)降解有機廢水已表現(xiàn)出諸多優(yōu)點，如降解率高、處理時間短、可在常壓下進行等，但其實際工程應(yīng)用還需要進一步研究探索。目前的研究規(guī)模普遍偏小，反應(yīng)器多為改裝后的家用微波爐，且多為靜態(tài)研究工業(yè)純水設(shè)備，連續(xù)處理較少;大部分研究集中于模擬水樣的處理，實際廢水較少，且以染料廢水的處理研究居多;另外，微波誘導(dǎo)催化氧化的處理對象有一定針對性，應(yīng)以高濃度、難降解有機污染物為目標，而目前的研究成果尚缺乏針對性和工程指導(dǎo)性。因此深入研究催化氧化機理，利用專用微波裝置揭示各運行參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系，以工程化應(yīng)用為目標進行系統(tǒng)研究，對推動微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化降解有機廢水技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程具有重要意義。更多環(huán)保純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注皙全蘭州水處理設(shè)備網(wǎng)。
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