等离子体技术在印染废水处理中的应用

　　《等离子体技术在印染废水处理中的应用》从印染废水着手，以等离子体技术为实现路径，阐述了低温等离子体技术处理废水的原理、国内外研究现状以及技术瓶颈。本书以试验和数值模拟相结合的研究方法为途径，介绍了介质阻挡放电降解活性艳蓝的实验效果、铁掺杂二氧化钛强化放电降解活性艳蓝的实验效果、不同气氛放电降解活性艳蓝的实验效果以及生物法联合放电处理实际印染废水的实验效果，对等离子体技术应用于印染废水处理具有一定的理论指导意义。 《等离子体技术在印染废水处理中的应用》适合环境科学、环境管理、环境工程等专业的科研和教学人员阅读，可作为高等院校和科研院所相关专业的教学和科研参考书，也可为应用物理专业与环境工程专业交叉研究提供参考与启发。

　　孙玉，郑州航空工业管理学院，讲师，教育工作经历： 2016年12月毕业于东华大学环境科学与工程学院，获工学博士学位，2014年至2015年间获东华大学优 秀博士生访学项目资助在巴黎第六大学访学，毕业后进入郑州航空工业管理学院土木建筑学院工作至今，期间赴英国高地与群岛大学研修教育教学法。 研究领域： 主要研究方向是低温等离子技术处理难降解废水。在等离子处理染料废水、持久性污染物以及等离子协同催化处理难降解废水方面开展了相关研究。作为参与人员，参加了教育部新世纪优 秀人才计划（NCET-12-0826）及上海市科委基础研究重点项目（11JC1400100）等研究， 通过前期研究，以第 一作者身份产生了以下有意义的研究成果，相关研究工作积累如下： （1） 利用响应面分析法结合实验设计研究了介质阻挡放电降解染料废水的优化条件，并阐述了染料活性艳蓝的降解机理。相关成果发表在Journal of Donghua University， 2019， 36 （6）： 573-579 （2） 研究了低温等离子体针板放电反应器分别在三种气氛中对活性艳蓝的降解情况。利用放电过程中相关指标变化情况利用COMSOL CODE建立了一维模型，明确臭氧对染料脱色的贡献率约为80%左右。相关成果发表在Chemosphere， 2016， 155： 243-249 （SCI源刊） （3） 研究了采用溶胶-凝胶法制备的铁掺杂二氧化钛在介质阻挡放电体系中的强化性能，初步探讨了铁掺杂二氧化钛联合介质阻挡放电体系降解活性艳蓝的原因，并利用GC-MS分析检测染料分子降解的中间产物，根据检测结果推断染料降解途径及催化剂强化机理。相关成果发表在IEEE Transactions on Plasma Science， 2015， 43（9）： 3234-3241（SCI源刊） （4）研究了介质阻挡放电技术与间歇式反应器联合系统对实际印染废水降解效果，在优化实验条件下该系统可有效降解实际印染废水。相关成果发表在Journal of Donghua University， 2015， 32 （5）： 715-719（EI） （5）研究了Fenton-like/TiO2催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝的降解效果。相关成果发表在环境工程学报：2016，10（6）： 2819 ~ 2825 （6）研究了介质阻挡放电技术降解染料废水的影响因素及降解机理，相关成果发表在Journal of Donghua University， 2019， 36 （6）： 573-579 参与项目及参编著作： 1.河南省科学技术厅科技攻关项目：IC反应器处理造纸废水的污泥钙化研究（162102210084），完成相关实验检测及实验数据处理。 2.河南省科学技术厅科技攻关项目：酸模属植物修复农田土壤重金属污染强化效果研究（202102110212），负责重金属强化修复效果及强化措施效果研究。 3.参与编著普通高等教育“十三五”规划教材《化工原理》的编著，负责流体流动、传热、吸收与蒸馏章节的编写。

第1章绪论1
1.1概述1
1.2印染废水简介1
1.3印染废水处理技术简介3
1.3.1生物法3
1.3.2物化法4
1.3.3高级氧化法5
1.4低温等离子体水处理技术简介7
1.4.1等离子体概述7
1.4.2低温等离子体水处理技术基本原理8
1.4.3反应过程中的物理化学现象8
1.4.4低温等离子水处理技术放电方式10
1.4.5等离子体废水处理技术研究概况17
1.5目前研究存在的主要问题22
1.6本书主要研究内容22
参考文献23

第2章低温等离子体废水处理研究方法33
2.1研究材料及仪器简介33
2.2研究装置及方法概述35
2.2.1介质阻挡放电装置35
2.2.2针板放电装置36
2.2.3介质阻挡放电反应装置操作方法38
2.2.4针板放电反应装置操作方法38
2.3水质分析量化方法38
2.3.1活性艳蓝染料浓度的量化38
2.3.2溶液pH值的测定40
2.3.3化学需氧量的测定40
2.3.4过氧化氢浓度的测定40
2.3.5总有机碳的测定41
2.3.6液相臭氧浓度的测定41
2.3.7阴离子浓度的测定42
2.3.8傅里叶红外光谱（FTIR）的测定43
2.3.9气相臭氧的测定43
2.3.10输出功率及能效的测定43
2.3.11等离子体发射光谱(OES)44
2.4催化剂表征方法44
2.4.1pHpzc的测定44
2.4.2环境扫描电镜45
2.4.3X射线粉末衍射45
2.4.4比表面积测定45
2.4.5紫外可见漫反射45
参考文献45

第3章介质阻挡放电技术处理活性艳蓝的研究47
3.1研究背景47
3.2放电降解活性艳蓝单因素影响研究与分析48
3.2.1放电电压对活性艳蓝降解的影响48
3.2.2放电功率对活性艳蓝降解的影响49
3.2.3初始浓度对活性艳蓝降解的影响51
3.2.4初始pH值对活性艳蓝降解的影响53
3.2.5RB-19溶液色度随时间的变化55
3.2.6RB-19溶液的pH值变化56
3.2.7溶液CODCr与TOC的变化57
3.2.8降解过程中溶液UV-vis的变化58
3.2.9叔丁醇对RB-19降解效果的影响59
3.3放电降解活性艳蓝多因素影响研究与分析59
3.3.1实验设计及模型建立60
3.3.2模型分析61
3.3.3响应面三维图与等高图分析64
3.4本章小结66
参考文献67

第4章铁掺杂二氧化钛协同介质阻挡放电降解活性艳蓝70
4.1研究背景70
4.2溶胶-凝胶法制备铁掺杂二氧化钛催化剂71
4.3催化剂设计条件优化71
4.3.1不同制备条件对催化剂晶型的影响72
4.3.2不同制备条件对催化剂形貌的影响73
4.4不同制备条件催化剂协同低温等离子体的效果研究74
4.4.1不同条件下制备的催化剂对活性艳蓝溶液脱色效果的比较74
4.4.2不同条件下制备的催化剂对RB-19的TOC去除效果比较75
4.4.3综合评选76
4.5最优催化剂表征及分析76
4.5.1X射线衍射(XRD)图谱76
4.5.2环境扫描电镜(SEM)图77
4.5.3红外扫描光谱(FTIR)78
4.5.4紫外可见漫反射光谱(UV-vis)78
4.6催化协同介质阻挡放电体系降解效果分析79
4.6.1催化协同介质阻挡放电体系对溶液的脱色效果79
4.6.2催化剂协同介质阻挡放电体系对溶液TOC的降解效果80
4.6.3初始浓度对活性艳蓝降解效果的影响81
4.6.4初始pH值对活性艳蓝降解效果的影响83
4.6.5催化剂投加量对活性艳蓝降解效果的影响83
4.6.6双氧水产量85
4.6.7硝酸根离子产量86
4.6.8硫酸根离子产量87
4.6.9紫外-可见光谱及红外光谱变化87
4.6.10OES光谱扫描89
4.7催化协同放电体系耦合机理90
4.7.1组合工艺降解效果对比90
4.7.2降解中间产物分析90
4.7.3催化协同作用机理94
4.8本章小结95
参考文献96

第5章不同气氛下针板放电降解活性艳蓝的研究99
5.1问题提出99
5.2不同气氛中针板放电降解染料废水的研究及分析100
5.2.1不同气氛下针板放电参数的研究100
5.2.2不同气氛下放电过程中臭氧的产量102
5.2.3不同放电气氛下溶液紫外-可见光谱扫描及颜色变化103
5.2.4不同气氛下染料降解动力学105
5.2.5相同能量密度下三种放电气氛中的降解情况106
5.2.6不同放电气氛下溶液pH值的变化107
5.3臭氧-染料反应理论模型建立108
5.3.1描述分子运动109
5.3.2模拟示意图110
5.3.3扩散系数Dc的确定110
5.3.4臭氧-染料反应模拟112
5.4本章小结113
参考文献114

第6章生物法联合放电处理实际印染废水的研究117
6.1 研究背景117
6.2研究对象及性质118
6.2.1实际印染废水及活性污泥来源118
6.2.2实际印染废水及活性污泥性质118
6.3联合工艺运行效果与分析118
6.3.1介质阻挡放电对实际印染废水的处理效果118
6.3.2生物法对实际印染废水的处理效果122
6.3.3联合工艺对实际印染废水的处理效果124
6.4本章小结125
参考文献125

本书缩略词126