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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

          電工技術學會等離子體專委會 

          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境治理與污染物處理的反應動力學規律,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。相關研究結果發表在環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,快速發表具有較高影響力的環境科學領域的研究論文,該期刊為中科院分區環境科學1區期刊(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,其在水環境污染治理、生物醫學、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。課題組的研究發現,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和等離子體源的活性成分和劑量,調控氣液兩相放電系統的反應動力學過程,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)、中國高校創新創業教育改革研究基金項目(No.: 16CCJG01Z004)、中央高校基本科研業務費項目(No.: 2017B15214)的資助。


                  
          說明: 202ce6ad535d5ce2f187338f4d8102e6 

          等離子體射流處理流動含氣有機溶液的主要反應過程

           
          說明: ba78b8daa2ff6595f44683e652533591

          擴散速率影響等離子體射流處理流動狀態的苯酚和對硝基苯酚廢水的降解規律


          說明: 3427ee79fa8380d8027437ea375354a3

                           活化能影響等離子體射流處理流動狀態的苯酚和對硝基苯酚廢水的降解規律

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