超臨界水中DNT氧化降解的研究.pdf

1、超臨界水氧化法是一種新興的有機(jī)廢水處理技術(shù)。在水的臨界點(diǎn)(溫度Tc=374.3℃，壓力Pc=22.05MPa)以上，水的密度、介電常數(shù)、表面張力、黏度、離子積會(huì)下降，氫鍵會(huì)減少，擴(kuò)散系數(shù)較高，使水成為一種具有高擴(kuò)散性和優(yōu)良傳遞特性的非極性介質(zhì)。此時(shí)有機(jī)物和氣體能和水以任意比例互溶，形成單一均相體系?；诔R界水的特性而產(chǎn)生的超臨界水氧化技術(shù)具有很多優(yōu)越性--適用范圍廣、無(wú)二次污染、高效節(jié)能等，由于沒有相間傳質(zhì)阻力，氧化反應(yīng)速度非?？?，一

2、般只需幾秒至幾分鐘即可將廢水中的有機(jī)物徹底氧化分解。二硝基甲苯(DNT)廢水顯深紅色、PH值在7～8之間、有毒、量大，化學(xué)需氧量(COD)值為17094mg/L，常規(guī)法難以降解，對(duì)環(huán)境及其生物體污染很嚴(yán)重。 本論文在間歇、連續(xù)兩套超臨界水氧化實(shí)驗(yàn)裝置中，以DNT廢水為研究對(duì)象，進(jìn)行了均相非催化超臨界水氧化實(shí)驗(yàn)。研究了DNT在超臨界水中的分解氧化效率、影響因素、反應(yīng)機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)。 研究結(jié)果表明DNT在超臨界水中有很好

3、的氧化去除效果，在反應(yīng)溫度550～600℃、反應(yīng)壓力21～24MPa和純氧過(guò)量3倍的實(shí)驗(yàn)條件下，數(shù)秒鐘內(nèi)COD去除率可高達(dá)99％。采用顯色反應(yīng)定性分析研究了反應(yīng)后的氣相產(chǎn)物，結(jié)果表明無(wú)NO2產(chǎn)生。提高反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、延長(zhǎng)停留時(shí)間和增加氧化劑用量，均能提高有機(jī)物的分解氧化程度，使COD去除率增大。當(dāng)氧量滿足反應(yīng)需求時(shí)，反應(yīng)溫度、停留時(shí)間對(duì)處理效果具有顯著影響，壓力則只要在臨界點(diǎn)以上即可。 根據(jù)超臨界水氧化DNT廢水的液相產(chǎn)物

4、的GC-MS檢測(cè)研究和對(duì)氣相產(chǎn)物的定性分析結(jié)果，簡(jiǎn)單提出并解釋了DNT在超臨界水中分解氧化時(shí)的可能反應(yīng)路徑。此反應(yīng)遵循自由基反應(yīng)的普遍規(guī)律，其中鏈引發(fā)主要由HO·自由基和過(guò)氧化自由基完成。在純氧存在下的高溫高壓反應(yīng)過(guò)程中，DNT類炸藥經(jīng)歷了生成耦合類和醌類物質(zhì)，然后開環(huán)斷裂成有機(jī)羧酸至飽和烷烴，最終氧化生成N2、CO2和H2O，幾乎不生成氮氧化物等有害氣體。 論文對(duì)DNT廢水在超臨界水氧化中的COD去除動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，在42

5、5～550℃、24MPa、過(guò)氧量300％條件下的超臨界水中氧化反應(yīng)速率方程式為：r=7.109×105exp(-2.419×104/RT)·COD3.630DNTDNT反應(yīng)級(jí)數(shù)為3.630，反應(yīng)活化能為2.419x 104J·mol-1，準(zhǔn)頻率因子為7.109×105。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氧化劑(O2)、水是過(guò)量的，氧氣和水的反應(yīng)級(jí)數(shù)接近0。 本論文對(duì)超臨界水氧化技術(shù)的未來(lái)研究方向及工程化應(yīng)用進(jìn)行了探討，反應(yīng)釜材質(zhì)選擇、設(shè)備工藝結(jié)構(gòu)