高级氧化技术超声技术

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1、高级氧化技术——超声技术(TechnologyofSupersonic)目录超声氧化技术简介超声氧化技术机理超声氧化技术的影响因素单一超声氧化技术在废水处理中的应用US联用高级氧化技术在废水中的应用总结2wu次声波（频率<16HZ）声波（16HZ<频率<20000HZ）超声波（50MHZ>频率>20000HZ）微波超声（频率>50MHZ）什么叫超声波？3wu机械振动式超声波发生器电磁式超声波发生器超声波是如何工作？4wu超声波是如何工作的？5wu超声技术的发展历史1895年,Thormycroft和Barnaby观察到潜水艇螺旋桨凹陷被侵蚀时发表了第一个关于空化的报告。1927年

2、,Rechards和Loomis首次报道超声在化学和生物方面加快反应速率的效应。1950年,Noltingk和Neppiras对模拟空化气泡第一次用计算机进行了计算。1982年,Milino等人用自旋捕获和电子自旋共振谱(ESR)验证了在水超声裂解中形成氢自由基和羟基自由基。6wu超声技术作用机理的几个重要概念1.空化现象的产生P0P0PP静压力P0平衡处于稳定状态P=Pus-P0大量不同粒径的空化核稀疏相密实相密实相7wu空化现象的产生在液体内部局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体，进入空穴(空泡)，从而形成不同大小的气泡的过程，称为空化(现象)的产生。8wu空化现

3、象图示空化气泡9wu2.空化阈P=Pus-P0当P=0时，即Pus=P0使液体产生空穴的最低声强或声压幅称为空化阀。10wu超声技术机理超声技术的三大作用机理1.空化理论2.自由基理论3.超临界理论11wu1.空化/热点理论当频率在16kHz以上的超声波辐照液体时，会使液相分子间的吸引力在疏松的半周期内被打破，形成空化泡，这一过程称为超声空化。生成的空化泡在随后声波正压相作用下，体积在极短的时间内被压缩。在这时，空化泡将产生两种不同的结果：稳态空化与瞬态空化。12wu稳态空化当在比较小的声压激发下，产生低于一个大气压的声压，而这些声压通常产生的空化为稳态空化。对于稳态空化，气泡以

4、其平衡半径剧烈的非线性振荡。对于稳态空化，其气泡一般不发生激烈地崩溃过程，当其非线性振荡较为强烈时，也会伴随而来一些效应，如在气泡界面上，由于高速度梯度引起的微射流，从而造成一定的粘滞应力来影响附近存在的细胞或大分子。13wu瞬态空化当激励声压较大时,气泡运动就几乎完全两样了。P+USP+USP+USP+US瞬态空化示意图14wu瞬态空化15wu瞬态空化图2气泡的形成、成长与崩溃16wu瞬态空化Nolfingk和Neppiras“热点”理论可得：(1)空化泡内最大压力Pｍａｘ——空化泡内最大压力；Pｇ——起始半径时泡内的压力；Pｍ——空化泡在崩溃过程中受到的总压力；r——气体的比

5、热比γ值。17wu(2)瞬态空化泡崩溃时泡内最高温度ＴminＴmax——瞬态空化泡崩溃时泡内最高温度；Ｔmin——环境温度；Pg——起始半径时泡内的压力。18wu瞬态空化上式估计计算得到的高温和高压分别可达5500℃和50662～101325kPa。这样，处于正常温度与压力的液体环境中就产生了异常的高温高压，即形成所谓的“热点”，这就是所说的“热点理论”。在气泡被压缩到极小之后，又有一个反弹，气泡极度地变形，发生破裂，形成许多新的小气泡，并伴有微射流现象。19wu稳态空化和瞬态空化稳态空化瞬态空化只是发生一系列非线性的振动，无崩溃现象产生崩溃现象，发出大量的热量，并有局部高温高压

6、20wu2.自由基氧化空化泡绝热崩溃时产生的高温高压(5500℃和50662～101325kPa)足以使H2O分子(水分子中O-H键能为500kJ/mol)分解为·H和·OH自由基，两者又可结合生成H2O2。其反应可如下所示：21wu水离解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氮气存在的解离Ｎ2→2Ｎ·ＨＯ·+Ｎ·→ＮＯ+Ｈ·ＨＯ·+ＮＯ→ＨＮＯ2ＨＯ·+ＮＯ

7、→ＮＯ2+Ｈ·2ＨＯ2+Ｈ2Ｏ2→ＨＮＯ2+ＨＮＯ3Ｈ·+Ｎ·→ＮＨＮＨ+ＮＨ→Ｎ2+Ｈ2Ｏ2+Ｎ·→ＮＯ+Ｏ·23wu氧气存在的解离Ｏ2→2Ｏ·Ｈ·+Ｏ2→ＨＯ·+Ｏ·Ｏ·+Ｈ2→ＨＯ·+Ｈ·Ｏ·+ＨＯ2·→ＨＯ·+Ｏ2Ｏ·+Ｈ2Ｏ2→ＨＯ·+ＨＯ2·24wu有机物存在的解离Ｒ+ＨＯ·→Ｐ1(产物)Ｒ+Ｈ·→Ｐ2Ｒ+ＨＯ2·→Ｐ3Ｒ+Ｏ·→Ｐ4Ｒ→Ｐ525wu3.超临界氧化当温度和压力分别超过水分子的临界温度374℃和临界压力20×107Pa时，水分子处于超临界状态，称为超临界