水溶液中射频等离子体放电的特性与偶氮染料的降解研究

摘要

目前人们所使用的染料有80％～85%是偶氮染料，约有10～15%左右会在使用过程中被排入环境中，造成严重的环境污染。如何高效、快速地去除此类有机污染物是目前摆在人们面前的一道刻不容缓的难题。近年来，低温等离子体作为一种新兴的高级氧化废水处理技术引起了人们的广泛的重视，通过不断地研究，已逐渐成为一种可以初步实用化的降解有机污染物的有效方法。
　　 本文中，作者开发了一种新型的用于有机废水处理的射频等离子放电系统，主要包括反应器、匹配装置和射频电源。其中，反应器包括包有石英管的钨制功率电极、金属接地电极、一个敞口玻璃容器以及一个带有观察窗口的屏蔽箱；匹配装置包括两个可调真空电容和一个定值电感，通过更换不同的电感，激发等离子体的射频频率可以是13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz或60MHz。
　　 等离子体放电形成于电极周围由加热作用而产生的汽泡或汽层中。为了对等离子体的参数进行表征，我们对等离子体的放电特性进行了测量，同时利用发射光谱对水下射频放电等离子进行了诊断，最后我们利用该系统对一种典型偶氮染料刚果红进行降解，考察了不同放电条件下刚果红的降解率，并根据降解产物的分析结果提出了一种可能的降解过程。实验结果表明，等离子体与热气泡的体积随着驱动频率和入射功率的增加而增加，而击穿电压和击穿电流随着驱动频率的增加而减小。等离子体的发射光谱显示，水溶液中的放电等离子体中存在大量的·OH，·H，·O等活性基团，这些活性基团对于有机染料的降解起着至关重要的作用。利用等离子处理刚果红时，我们发现较低的溶液电导率以及较高的驱动频率有利于刚果红降解效率的提高，其降解后的主要产物为4,4'-二氨基联苯、4,4'-二亚硝基联苯、4,4'-二硝基联苯、1，8-二氨基-3-萘磺酸钠、1，8-二亚硝基-3-萘磺酸钠以及1，8-二硝基-3-萘磺酸钠。