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第八章 污染控制与修复化学

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第八章 污染控制与修复化学. 污染控制与修复化学研究内容. 污染控制与修复过程的化学机理研究 污染控制与修复的材料与技术 污染控制与预防的新思想、新技术、新方法.  内容. 第一节 物理化学技术 第二节 高级氧化技术 第三节 环境污染修复技术.  内容. 第一节 物理化学技术. 一、 吸附法 二、离子交换法 三、混凝法 四、膜分离法 五、溶剂萃取法.  一、 吸附法. 吸附 ( adsorption ), 吸附剂 ( adsorbent ) ,吸附质( adsorbate ).

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Presentation Transcript
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污染控制与修复化学研究内容
  • 污染控制与修复过程的化学机理研究
  • 污染控制与修复的材料与技术
  • 污染控制与预防的新思想、新技术、新方法
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 内容

第一节 物理化学技术

第二节 高级氧化技术

第三节 环境污染修复技术

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 内容

第一节 物理化学技术

一、吸附法

二、离子交换法

三、混凝法

四、膜分离法

五、溶剂萃取法

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一、吸附法

吸附 (adsorption), 吸附剂(adsorbent),吸附质(adsorbate)

利用物质表面存在的未平衡的分子引力或化学键力,把混合物中的某一组分或某些组分吸留在其表面上,这种分离化合物的过程称为吸附。

吸附剂:具有吸附作用的物质。

吸附质:被吸附的物质。

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一、吸附法

1、吸附原理

(1)吸附的本质

吸附剂与吸附质之间的相互作用,包括范德华力、化学键力、

静电引力。

物理吸附与化学吸附的区别。

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一、吸附法

(2)吸附过程

四个连续阶段:主体相扩散、膜扩散、孔隙扩散、吸附反应

(3)吸附作用的影响因素

  • 吸附剂的性质
  • 吸附质的性质
  • 溶液的pH值
  • 共存物的影响
  • 操作条件
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一、吸附法

2、活性炭吸附

(1)活性炭的性能

非极性吸附剂、良好的吸附性能和稳定的化学性质,具有巨大的

比表面积和特别发达的微孔。

活性炭的吸附位点:物理吸附活性点与化学吸附活性点

活性炭的种类:粒状(GAC)、粉状(PAC)、纤维状(ACF)

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一、吸附法

  • (2)活性炭的制备与再生
  • 制备:碳化、活化
  • 再生:加热、微波辐射、化学法、电化学法、光催化、超临界萃取、湿式氧化、超声波、生物法。
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二、离子交换法

离子交换法:通过离子交换剂的离子与接触交换剂的溶液中相同电荷的离子进行交换,以达到离子的置换、分离、浓缩、去除等目的的一种方法。

1、离子交换的基本理论

(1)离子交换反应机理

(2)离子交换平衡

2、离子交换树脂

(1)分类:阴离子交换树脂、阳离子交换树脂

(2)基本特性:选择性、溶胀性、稳定性

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三、混凝法

  • 混凝法:在混凝剂的作用下,水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体,然后予以除去的水处理方法。
  • 1、胶体的稳定性理论
  • (1)胶体离子的双电层模型
  • (2)胶体稳定的原因
  • 胶粒表面带有电荷
  • 布朗运动
  • 水化膜
  • (3)DLVO理论
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三、混凝法

2、混凝的原理

(1)压缩双电层作用

(2)电性中和作用

(3)吸附架桥作用

(4)网捕作用

3、混凝剂及其作用机理

(1)无机盐类混凝剂

(2)有机高分子类混凝剂

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四、膜分离法

膜分离法:以选择性通透膜为分离介质,在两侧施加某种推动力,使待分离物质选择性地透过膜,从而达到分离或提纯的目的。

1、膜分离技术的类型

2、膜分离技术的基本原理

(1)电渗析:在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来。

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四、膜分离法

(2)扩散渗析:高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移。

(3)反渗透:施加压力于与半透膜相接触的浓溶液,所产生的与自然渗透相反的的过程。

(4)超滤:

(5)液膜分离:

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五、溶剂萃取法

溶剂萃取法:通过物质由一个液相转移到另一个基本不互溶的液相这一传质过程来实现物质的提取、分离的方法。

1、基本原理

分配定律:

2、萃取体系的组成

3、萃取剂

4、污染控制中常用的萃取体系

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第二节 高级氧化技术

一、臭氧氧化技术

二、过氧化氢及Fenton氧化技术

三、二氧化钛光催化氧化技术

四、电化学技术

五、湿式空气氧化技术

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一、臭氧氧化技术

1、臭氧氧化技术的机理

(1)直接氧化

臭氧与有机物直接反应

(2)间接氧化

臭氧在碱性条件或紫外线照射和过氧化氢协同作用产生·OH。

2、臭氧氧化技术的应用

(1)氧化无机物

(2)氧化有机物

(3)消毒

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二、过氧化氢及Fenton氧化技术

1、过氧化氢氧化技术

(1)过氧化氢的氧化性

强氧化剂

(2)过氧化氢的不稳定性

受热易分解,微量杂质能催化其分解

(3)过氧化氢的应用

(4)UV/H2O2技术

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二、过氧化氢及Fenton氧化技术

2、Fenton氧化技术

Fenton试剂由亚铁离子(Fe2+)与过氧化氢组成

(1) Fenton氧化技术的基本原理

亚铁离子催化双氧水生成大量的·OH

(2) Fenton氧化技术的影响因素

  • pH
  • H2O2浓度
  • 催化剂浓度
  • 反应温度
  • 其他阴离子
  • 中间产物
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三、二氧化钛光催化氧化技术

1、TiO2光催化技术原理

TiO2 + hv(>Eg) e- + h+

2、 TiO2光催化活性的影响因素

(1)晶型的影响

(2)粒径的影响

(3)表面性质的影响

(4)反应液pH值的影响

(5)光源的影响

(6)水中溶解性盐类的影响

3、提高TiO2光催化反应效率的途径

纳米TiO2材料的研制、 TiO2的改性、外加氧化剂

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四、电化学技术

1、基本原理

(1)氧化过程与机理

直接氧化

间接氧化

(2)还原过程与机理

2、重要的电化学技术

(1)电Fenton技术

(2)电化学絮凝

(3)光电组合催化技术

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五、湿式空气氧化技术

湿式空气氧化(WAO):在高温高压下以空气中的氧气为氧化剂,在液相中将有机污染物氧化为无机物或小分子有机物的化学过程。

1、基本原理

(1)传质过程

在高温高压下,氧的溶解度增大,在水中的传质系数也增大

(2)化学反应过程

自由基反应:链引发、链增长与传递、链中止。

2、主要影响因素

(1)污染物的结构

(2)温度

(3)压力

(4)其他

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第三节 环节污染修复技术

一、概述

二、化学修复技术

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一、概述

环境污染修复:对被污染的环境采取物理、化学与生物的技术

措施,使存在于环境中的污染物质浓度减少、毒性降低或完全

无害化,使得环境能够部分或全部恢复到未污染状态的过程。

1、物理修复技术

利用污染物与环境之间各种物理特性的差异,达到将污染物从

环境中去除、分离的目的。包括:分离修复、蒸汽浸提修复、

固定/稳定化修复等技术。

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一、概述

2、生物修复技术

在人为强化条件下,利用细菌、真菌、水生藻类、陆生植物等

的代谢活性降解有机污染物,改变重金属的活性或存在形态,

进而影响它们在环境中的迁移转化,减轻其毒性。

(1)微生物修复

(2)植物修复

(3)动物修复

(4)生态修复

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二、化学修复技术

化学修复技术:通过加入到被污染环境中的化学修复剂与污染

物发生一定的化学反应,清除污染物或降低其毒性。

1、可渗透反应格栅技术

可渗透反应格栅是一个反应材料的原位处理区,这些反应材料能够降解和滞留流经该墙体的地下水的污染组分。

2、化学淋洗技术

在重力作用下或通过水力压头的推动,将能促进土壤中污染物

溶解或迁移的化学/生物化学溶剂注入被污染土层,使之与污染

物结合,并通过溶剂的解吸、螯合、溶解或络合等物理化学作

用使污染物形成可迁移态化合物。

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二、化学修复技术

(1)基本原理

表面活性剂淋洗、共溶剂淋洗

(2)影响因素

  • 表面活性剂的浓度
  • 土壤地质与水文特征
  • 表面活性剂的种类