最新高級氧化技術超聲技術教學講義ppt.ppt

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1、高級氧化技術超聲技術目錄超聲氧化技術簡介超聲氧化技術機理超聲氧化技術的影響因素單一超聲氧化技術在廢水處理中的應用US聯(lián)用高級氧化技術在廢水中的應用總結2wu次聲波（頻率<16HZ）聲波（16HZ<頻率<20000HZ）超聲波（50MHZ>頻率>20000HZ）微波超聲（頻率>50MHZ）什么叫超聲波？3wu超聲技術作用機理的幾個重要概念1.空化現(xiàn)象的產(chǎn)生P0P0PP靜壓力P0平衡處于穩(wěn)定狀態(tài)P=Pus-P0大量不同粒徑的空化核稀疏相密實相密實相7wu空化現(xiàn)象的產(chǎn)生在液體內(nèi)部局部壓力降低時，液體內(nèi)部或

2、液固交界面上蒸氣或氣體，進入空穴(空泡)，從而形成不同大小的氣泡的過程，稱為空化(現(xiàn)象)的產(chǎn)生。8wu空化現(xiàn)象圖示空化氣泡9wu2.　空化閾P=Pus-P0當P=0時，即Pus=P0使液體產(chǎn)生空穴的最低聲強或聲壓幅稱為空化閥。10wu超聲技術機理超聲技術的三大作用機理1.空化理論2.自由基理論3.超臨界理論11wu1.空化/熱點理論當頻率在16kHz以上的超聲波輻照液體時，會使液相分子間的吸引力在疏松的半周期內(nèi)被打破，形成空化泡，這一過程稱為超聲空化。生成的空化泡在隨后聲波正壓相作用下，體積在極短的

3、時間內(nèi)被壓縮。在這時，空化泡將產(chǎn)生兩種不同的結果：穩(wěn)態(tài)空化與瞬態(tài)空化。12wu穩(wěn)態(tài)空化當在比較小的聲壓激發(fā)下，產(chǎn)生低于一個大氣壓的聲壓，而這些聲壓通常產(chǎn)生的空化為穩(wěn)態(tài)空化。對于穩(wěn)態(tài)空化，氣泡以其平衡半徑劇烈的非線性振蕩。對于穩(wěn)態(tài)空化，其氣泡一般不發(fā)生激烈地崩潰過程，當其非線性振蕩較為強烈時，也會伴隨而來一些效應，如在氣泡界面上，由于高速度梯度引起的微射流，從而造成一定的粘滯應力來影響附近存在的細胞或大分子。13wu瞬態(tài)空化當激勵聲壓較大時,氣泡運動就幾乎完全兩樣了。P+USP+USP+USP+US瞬

4、態(tài)空化示意圖14wu瞬態(tài)空化15wu瞬態(tài)空化圖2氣泡的形成、成長與崩潰16wu瞬態(tài)空化Nolfingk和Neppiras“熱點”理論可得：(1)空化泡內(nèi)最大壓力Pｍａｘ——空化泡內(nèi)最大壓力；Pｇ——起始半徑時泡內(nèi)的壓力；Pｍ——空化泡在崩潰過程中受到的總壓力；r——氣體的比熱比γ值。17wu(2)瞬態(tài)空化泡崩潰時泡內(nèi)最高溫度ＴminＴmax——瞬態(tài)空化泡崩潰時泡內(nèi)最高溫度；Ｔmin——環(huán)境溫度；Pg——起始半徑時泡內(nèi)的壓力。18wu瞬態(tài)空化上式估計計算得到的高溫和高壓分別可達5500℃和50662～

5、101325kPa。這樣，處于正常溫度與壓力的液體環(huán)境中就產(chǎn)生了異常的高溫高壓，即形成所謂的“熱點”，這就是所說的“熱點理論”。在氣泡被壓縮到極小之后，又有一個反彈，氣泡極度地變形，發(fā)生破裂，形成許多新的小氣泡，并伴有微射流現(xiàn)象。19wu穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化穩(wěn)態(tài)空化瞬態(tài)空化只是發(fā)生一系列非線性的振動，無崩潰現(xiàn)象產(chǎn)生崩潰現(xiàn)象，發(fā)出大量的熱量，并有局部高溫高壓20wu2.自由基氧化空化泡絕熱崩潰時產(chǎn)生的高溫高壓(5500℃和50662～101325kPa)足以使H2O分子(水分子中O-H鍵能為500kJ/

6、mol)分解為·H和·OH自由基，兩者又可結合生成H2O2。其反應可如下所示：21wu水離解Ｈ2Ｏ→Ｈ·+ＨＯ·Ｈ·+Ｈ·→Ｈ2Ｈ·+Ｏ2→ＨＯ2·ＨＯ2·+ＨＯ2·→Ｈ2Ｏ2+Ｏ2ＨＯ·+ＨＯ·→Ｈ2Ｏ2Ｈ·+ＨＯ·→Ｈ2ＯＨ·+Ｈ2Ｏ2→Ｈ2Ｏ+ＨＯ·Ｈ·+Ｈ2Ｏ2→Ｈ2+ＨＯ2·ＨＯ·+Ｈ2Ｏ2→Ｈ2Ｏ+ＨＯ2·ＨＯ·+Ｈ2→Ｈ2Ｏ+Ｈ·22wu氮氣存在的解離Ｎ2→2Ｎ·ＨＯ·+Ｎ·→ＮＯ+Ｈ·ＨＯ·+ＮＯ→ＨＮＯ2ＨＯ·+ＮＯ→ＮＯ2+Ｈ·2ＨＯ2+Ｈ2Ｏ2→ＨＮＯ2+ＨＮＯ3Ｈ·+Ｎ·→Ｎ

7、ＨＮＨ+ＮＨ→Ｎ2+Ｈ2Ｏ2+Ｎ·→ＮＯ+Ｏ·23wu氧氣存在的解離Ｏ2→2Ｏ·Ｈ·+Ｏ2→ＨＯ·+Ｏ·Ｏ·+Ｈ2→ＨＯ·+Ｈ·Ｏ·+ＨＯ2·→ＨＯ·+Ｏ2Ｏ·+Ｈ2Ｏ2→ＨＯ·+ＨＯ2·24wu有機物存在的解離Ｒ+ＨＯ·→Ｐ1(產(chǎn)物)Ｒ+Ｈ·→Ｐ2Ｒ+ＨＯ2·→Ｐ3Ｒ+Ｏ·→Ｐ4Ｒ→Ｐ525wu3.超臨界氧化當溫度和壓力分別超過水分子的臨界溫度374℃和臨界壓力20×107Pa時，水分子處于超臨界狀態(tài)，稱為超臨界水。水的物理化性質的粘度、電導、離子活度積、溶解度、密度和熱容在超臨界區(qū)發(fā)生突變，因此

8、具有低的價電常數(shù)、高的擴散性和快的傳輸能力，具有良好的溶劑化特性。此時，超臨界水能與非極性物質，如烴類，互溶，也能與空氣、二氧化碳和氮氣等氣體完全互溶。超臨界水的這些特殊性質使它成為一種理想的反應介質，有利于大多數(shù)化學反應速率的提高。26wu三大機理下的去除圖示揮發(fā)份熱解燃燒超臨界氧化空化氣泡·OHH2O2·OHH2O2·OHH2O2·OH·OH自由基氧化H2O2H2O2超臨界膜自由基氧化液相介質27wu其他機理1.機械剪切作用空化氣泡本身在振蕩過程中，將伴隨著一系列