超声空气氧化课件

超声空气氧化0概述一种在媒质中传播的弹性机械波，频率大于20kHz波长短而具有束射性强、易于通过聚焦集中能量超声波化学是指利用超声波辐射加速化学反应、提高生产率的一门新兴的交叉学科。超声空化效应所产生的高温、高压能够促成一些在通常条件下无法发生的反应，集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身。超声降解水体中的有机物是一物理化学降解过程，其主要源于声空化效应及由此引发的物理和化学变化。一般认为超声降解水中有机物有三种情况：在空化泡内，由于空化泡的崩溃产生高温高压可引发直接热解，同时也存在水蒸气热解产生的HO·和H·与污染物反应的情况。在空化泡的气液界面处，为高温高压空化泡相和常温常压本体溶液之间过渡区域，局部温度仍可达2100K左右，且局部有浓缩的HO·，因此仍可能发生热解和自由基反应。同时，还可能存在超临界水氧化反应。在声波负压相的半周期时，液体中溶解的气体因负压作用快速汽化成无数的微小空化泡，水中的挥发性溶质、溶解气体、水蒸气等可进入空化泡内；在随后声波正压的半周期中，空化泡被迅速压缩，这种扩张和压缩瞬间可千万次重复，结果是一些空化泡进入持续的压缩和扩张振荡，形成稳态空化泡；另一些则完全崩溃，形成瞬态空化泡，空化泡崩溃时伴随形成许多微空泡，构成新的空化核。空化过程可表观为泡核的生成、振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。

水中污染物的超声分解可发生在空化泡内部、空化泡界面和液相本体三个区域。

理论研究表明，空化过程能有效聚集能量，空化泡崩溃时水体中局部可产生高温和高压。高温可导致自由基、过氧化氢、超临界水（SCW）及声致发光等现象形成，高压可在液体中产生强大的剪切力、冲击波或高速射流。瞬态空化泡崩溃时，可形成局部热点，水溶液中为2000～2500K，最高温度在5000K以上，压力可达50～100Mpa。

进入空化泡内的溶质分子和环境气体热解成原子和自由基，水转化成·OH、·H，然后在较冷的界面上结合成O2、H2O2、HO2·等氧化性物质，通过高温热解和自由基氧化作用使污染物得到降解；在空化泡的气液界面（约0.2um，T<2000K）,因压力梯度尚存，溶质发生热解，同时溶质与热解过程生成的自由基、SCW等发生反应；（2）超声声强超声波的声强与振幅成正比，超声反应系统的最小声强必须大于空化阈值（使液体产生空穴的最小声强或声压）。（3）超声辐射时间在参数固定的连续超声波声场中，空化过程的声化学产额与超声辐照时间成线性关系，污染物的净化效率随辐照时间增加而提高。（4）超声反应装置超声反应装置由超声波发生器、换能器和反应器组成。（4）离子强度增加溶液中的离子浓度，可使溶液的蒸汽压降低，表面张力变大，这意味着空化泡的收缩率将增大，空化阈值将得到提高，空化泡崩溃时的极端温度也相应增高。（5）液体黏度空化泡的产生和成长需要声波的负压相不断克服溶液中分子间的自然黏合力，溶液黏度增加，空化阈值提高，空化泡的产生量随之减少，空化过程难以进行但若超声波的能量超过空化阈值，空化泡崩裂时产生的极端环境可加剧，对污染物的降解有利。（6）表面张力因此，污染物的蒸汽压、溶解度、沸点、极性等性质对超声波降解效果都会产生影响，如疏水性、蒸汽压搞的氯苯比亲水性、蒸汽压低的氯酚具有更好的超声波降解效果。3超声波技术在废水处理中的应用3.1超声波降解有机氯化物（1）脂肪族有机氯化物的超声波分解（2）芳香族有机氯化物的超声波分解（3）羟基类有机氯化物的超声分解（4）有机氯化物性质与超声分解的关系3.2超声波降解气体化合物4超声波净化污染物的强化途径超声波对憎水性、易挥发的污染物具有良好的去除效果原因在于前者极易由溶液本体向空化泡捏转移，以气态分子的形式在气泡内参与热裂解反应和自由基反应，空化泡气液相界面及其附近区域的溶质分子也可被逃逸出来的自由基氧化降解。对非挥发物质的降解主要取决于气液界面及其液相主体的自由基反应。因此，可通过与以下处理手段的组合来提高超声波降解的效率。（1）添加氧化剂由于氧化剂在声化学过程中参与链的裂解和自由基的生成，增加了空化泡崩溃时·H、·HO2、·OH等强氧化性自由基的生成量，因此，向待处理液中添加诸如H2O2、O3、HclO等强氧化剂能有效提高超声波的降解效果。（2）添加催化剂超声辐射可以增强催化剂在反应体系中的分散度，同时超声空化产生的冲击波微射流，可不断清洗剥除固体催化剂表面的钝化层，有效保持催化剂的活性。（3）改变污染物的极性或挥发性向溶液中添加适当的药剂，将极性、半挥发或难挥发的有机物转化为非极性、易挥发的有机物，同样可以有效地去除水样中污染物。（4）消除溶液中的自由基捕获剂