綠色化學(xué)化工技術(shù)

1、綠色化學(xué)與化工導(dǎo)論綠色化學(xué)與化工導(dǎo)論翟翠萍綠色化學(xué)與化工翟翠萍第六章第六章 綠色化學(xué)化工技術(shù)綠色化學(xué)化工技術(shù)u生物技術(shù)生物技術(shù)u催化技術(shù)催化技術(shù)u高級(jí)氧化技術(shù)高級(jí)氧化技術(shù)u膜技術(shù)膜技術(shù)u微波技術(shù)微波技術(shù)u超聲技術(shù)超聲技術(shù)u等離子體技術(shù)等離子體技術(shù)u高能輻射加工技術(shù)高能輻射加工技術(shù)u超臨界流體技術(shù)超臨界流體技術(shù)v生物技術(shù)：生物技術(shù)：是應(yīng)用是應(yīng)用生物學(xué)生物學(xué)、化學(xué)化學(xué)和和工程學(xué)工程學(xué)的的基本原理基本原理，依靠，依靠生物催化劑生物催化劑的作用將物料進(jìn)的作用將物料進(jìn)行加工，以生產(chǎn)有用物質(zhì)或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)的一行加工，以生產(chǎn)有用物質(zhì)或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)的一門(mén)多學(xué)科綜合性的科學(xué)技術(shù)。門(mén)多學(xué)科綜合性的科學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)生

2、物技術(shù) 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱：生物技術(shù)生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新材料技術(shù)、電子信息技術(shù)。電子信息技術(shù)。 生物技術(shù)的生物技術(shù)的最大特點(diǎn)最大特點(diǎn)：能充分利用：能充分利用各種自然資源；各種自然資源；節(jié)省能源；節(jié)省能源；減少污減少污染；染；易于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；易于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；而且可以而且可以實(shí)現(xiàn)一般化工技術(shù)難以制備的產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)一般化工技術(shù)難以制備的產(chǎn)品。生物技術(shù)的分類：生物技術(shù)的分類：基因工程基因工程-主導(dǎo)主導(dǎo)細(xì)胞工程細(xì)胞工程-基礎(chǔ)基礎(chǔ)酶工程酶工程-條件條件微生物發(fā)酵工程微生物發(fā)酵工程-關(guān)鍵關(guān)鍵基因工程：也稱基因工程：也稱遺傳工程遺傳工程，主要是，主要是基基因重組技術(shù)因重組技術(shù)

3、，即是按照人們的要求將，即是按照人們的要求將目的脫氧核糖（目的脫氧核糖（DNA）片段在離體條）片段在離體條件下用工具酶剪切、組合和拼接，再件下用工具酶剪切、組合和拼接，再將其引入宿主主細(xì)胞復(fù)制和表達(dá)，達(dá)將其引入宿主主細(xì)胞復(fù)制和表達(dá)，達(dá)到改性生物特性，生產(chǎn)出具有所需性到改性生物特性，生產(chǎn)出具有所需性狀的產(chǎn)品的技術(shù)。狀的產(chǎn)品的技術(shù)。催化技術(shù)催化技術(shù)v催化劑催化劑是是化學(xué)工藝化學(xué)工藝的的基礎(chǔ)基礎(chǔ),是使許多是使許多化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用的的關(guān)鍵關(guān)鍵,目前目前大多數(shù)化工產(chǎn)品的大多數(shù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)生產(chǎn)均采用了催化反應(yīng)技術(shù)。均采用了催化反應(yīng)技術(shù)。綠色化學(xué)中的催化技術(shù)綠色化學(xué)中的催化技術(shù)采用

4、安全的固體催化劑如分子篩、雜多酸等，替代有害的液采用安全的固體催化劑如分子篩、雜多酸等，替代有害的液體催化劑（如體催化劑（如HF、HNO3、H2SO4），簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，減少），簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，減少三廢的排放量。三廢的排放量。合成化學(xué)中采用擇型的大孔分子篩作催化劑。合成化學(xué)中采用擇型的大孔分子篩作催化劑。在精細(xì)化工生產(chǎn)中，采用不對(duì)稱催化合成技術(shù)，得到光學(xué)純?cè)诰?xì)化工生產(chǎn)中，采用不對(duì)稱催化合成技術(shù)，得到光學(xué)純手性產(chǎn)品，減少有害原料和有毒產(chǎn)物。手性產(chǎn)品，減少有害原料和有毒產(chǎn)物。采用茂金屬催化劑合成具有設(shè)計(jì)者所要求的物理特性的高分采用茂金屬催化劑合成具有設(shè)計(jì)者所要求的物理特性的高分子烯烴聚合物。子烯烴聚

5、合物。藥物合成中采用超分子催化劑，并進(jìn)行分子記憶和模式識(shí)別。藥物合成中采用超分子催化劑，并進(jìn)行分子記憶和模式識(shí)別。用生物催化法除去石油餾分中的硫、氮和金屬鹽類。用生物催化法除去石油餾分中的硫、氮和金屬鹽類。有機(jī)合成中采用生物催化法，減少三廢的產(chǎn)生。有機(jī)合成中采用生物催化法，減少三廢的產(chǎn)生。在合成化學(xué)中，更多采用環(huán)境相容性的電催化過(guò)程。在合成化學(xué)中，更多采用環(huán)境相容性的電催化過(guò)程。在固定和移動(dòng)能源中采用催化燃燒法，作為無(wú)污染動(dòng)力。在固定和移動(dòng)能源中采用催化燃燒法，作為無(wú)污染動(dòng)力。合成酶應(yīng)用與燃料和化工過(guò)程。合成酶應(yīng)用與燃料和化工過(guò)程。在同一體系中，采用酶、無(wú)機(jī)和金屬有機(jī)催化劑，進(jìn)行增效在同一體系

6、中，采用酶、無(wú)機(jī)和金屬有機(jī)催化劑，進(jìn)行增效的多功能催化反應(yīng)。的多功能催化反應(yīng)。在環(huán)境在環(huán)境-經(jīng)濟(jì)更密切結(jié)合的反應(yīng)和產(chǎn)品的分離中，廣泛應(yīng)用經(jīng)濟(jì)更密切結(jié)合的反應(yīng)和產(chǎn)品的分離中，廣泛應(yīng)用膜技術(shù)與多功能催化反應(yīng)器。膜技術(shù)與多功能催化反應(yīng)器。膜技術(shù)膜技術(shù)v膜技術(shù)通常包括膜技術(shù)通常包括膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)和和膜催化技術(shù)膜催化技術(shù)。v膜的分類：膜的分類：v按按化學(xué)組成化學(xué)組成可分為：無(wú)機(jī)膜和有機(jī)高分子膜；可分為：無(wú)機(jī)膜和有機(jī)高分子膜；v按按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可分為對(duì)稱膜（單層膜）和不對(duì)稱膜（多層復(fù)可分為對(duì)稱膜（單層膜）和不對(duì)稱膜（多層復(fù)合膜）；合膜）；v按按用途用途可分為分離膜和膜反應(yīng)器。可分為分離膜和膜反應(yīng)器。 膜

7、分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：膜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：成本低、能耗少、效率高、無(wú)污染、成本低、能耗少、效率高、無(wú)污染、可回收有用物質(zhì)等可回收有用物質(zhì)等;膜催化反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：膜催化反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：可以可以“超平衡超平衡”地進(jìn)行地進(jìn)行,提高反應(yīng)的提高反應(yīng)的選擇性和原料的轉(zhuǎn)化率選擇性和原料的轉(zhuǎn)化率 ,節(jié)省資源節(jié)省資源,減少污染。減少污染。 膜分離技術(shù)包含：微濾膜分離技術(shù)包含：微濾(MF)、超濾、超濾(UF)、滲析、滲析(D)、電滲析電滲析(ED) 、納濾、納濾(NF)和反滲透和反滲透(RO)、滲透蒸發(fā)、滲透蒸發(fā)(PV)、液膜、液膜(LM)等。等。 l膜分離過(guò)程的主要型式膜分離過(guò)程的主要型式v滲析式膜分離滲析式膜分離v過(guò)濾式膜分離過(guò)濾

8、式膜分離v液膜分離液膜分離l膜分離技術(shù)的主要特點(diǎn)：膜分離技術(shù)的主要特點(diǎn)： 膜分離工藝都是純物理的分離，即被分離的組分既膜分離工藝都是純物理的分離，即被分離的組分既不會(huì)有熱學(xué)性的變化也不會(huì)有學(xué)性和生物性的變化。不會(huì)有熱學(xué)性的變化也不會(huì)有學(xué)性和生物性的變化。 膜分離工藝是以組件形式構(gòu)成的，因此不同的組件膜分離工藝是以組件形式構(gòu)成的，因此不同的組件可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)能力的需要。可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)能力的需要。v1.1.植物提?。ú枞~、菊粉、絞股藍(lán)、板蘭根、羅漢果、中藥植物提?。ú枞~、菊粉、絞股藍(lán)、板蘭根、羅漢果、中藥等深加工）等深加工）. . 2.2.生物發(fā)酵液的分離、純化、濃縮（生物發(fā)酵液的分離、純

9、化、濃縮（L-L-乳酸、乳酸、1 1，3 3丙二醇，丙二醇，賴氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、抗生素等）賴氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、抗生素等）. . 3.3.牛奶深加工（乳清蛋白分離、脫鹽、純化、濃縮，乳蛋白牛奶深加工（乳清蛋白分離、脫鹽、純化、濃縮，乳蛋白肽分離、純化，乳制品的除菌等）肽分離、純化，乳制品的除菌等） 4.4.大豆深加工（大豆低聚糖、大豆多肽的分離、脫鹽、純化、大豆深加工（大豆低聚糖、大豆多肽的分離、脫鹽、純化、濃縮，大豆乳的除菌、除雜等）濃縮，大豆乳的除菌、除雜等） 5.5.果汁的分離、濃縮（蘋(píng)果汁、梨汁、大棗汁、山楂汁、蘆果汁的分離、濃縮（蘋(píng)果汁、梨汁、大棗汁、山

10、楂汁、蘆薈、仙人掌等）薈、仙人掌等） 6.6.酶解低聚糖的分離、脫鹽、濃縮（如高級(jí)低聚果糖、低聚酶解低聚糖的分離、脫鹽、濃縮（如高級(jí)低聚果糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖的純化）木糖、低聚異麥芽糖的純化） 7.7.乳化油廢水、機(jī)械加工行業(yè)廢水乳化油廢水、機(jī)械加工行業(yè)廢水 8.RO8.RO水處理、工藝純水設(shè)備等水處理、工藝純水設(shè)備等9.9.化工行業(yè)（化工染料的脫鹽和濃縮，液體熒光增白劑的澄化工行業(yè)（化工染料的脫鹽和濃縮，液體熒光增白劑的澄清過(guò)濾、脫鹽和濃縮等）清過(guò)濾、脫鹽和濃縮等）膜分離技術(shù)在食品中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在食品中的應(yīng)用vAOPs主要包括主要包括 O3/UV(紫外線紫外線)法、法、UV 固相催

11、化劑法、固相催化劑法、H2O2/ Fe2+ 法、法、O3/ H2O2法等。其原理是反應(yīng)中產(chǎn)生氧化能力法等。其原理是反應(yīng)中產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的極強(qiáng)的OH,OH能夠無(wú)選擇性地氧化水中的有機(jī)污染物能夠無(wú)選擇性地氧化水中的有機(jī)污染物,使之完使之完全礦化為全礦化為CO2和和H2O。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：l 通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（OH），該自由基具有極強(qiáng)的氧），該自由基具有極強(qiáng)的氧化性，能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物有效地分解，甚至徹底地轉(zhuǎn)化為無(wú)害化性，能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物有效地分解，甚至徹底地轉(zhuǎn)化為無(wú)害的小分子無(wú)機(jī)物，如的小分子無(wú)機(jī)物，如CO2、N2、O2和和H2O等。等。l 反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)過(guò)程可以控制、

12、對(duì)多種有機(jī)污染物能全部反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)過(guò)程可以控制、對(duì)多種有機(jī)污染物能全部降解等。降解等。v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：主要是處理過(guò)程有的過(guò)于復(fù)雜、處理費(fèi)用普遍偏高、氧主要是處理過(guò)程有的過(guò)于復(fù)雜、處理費(fèi)用普遍偏高、氧化劑消耗大，一般難以廣泛推廣，僅適應(yīng)于高濃度、小流量的化劑消耗大，一般難以廣泛推廣，僅適應(yīng)于高濃度、小流量的廢水的處理。廢水的處理。 高級(jí)氧化技術(shù)高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)(AOPs)v根據(jù)所用氧化劑及催化條件，根據(jù)所用氧化劑及催化條件，可分為六大類：可分為六大類：v（1）化學(xué)氧化法；）化學(xué)氧化法；v（2）化學(xué)催化氧化法；）化學(xué)催化氧化法；v（3）濕式氧化法；）濕式氧化法；v（4）超臨界水氧化法；）

13、超臨界水氧化法；v（5）光化學(xué)氧化法和光化學(xué)催化氧化法）光化學(xué)氧化法和光化學(xué)催化氧化法v （光降解法）；（光降解法）；v（6）電化學(xué)氧化還原法。）電化學(xué)氧化還原法。v化學(xué)氧化法化學(xué)氧化法是利用化學(xué)氧化劑的強(qiáng)氧化性，將廢水中的無(wú)機(jī)是利用化學(xué)氧化劑的強(qiáng)氧化性，將廢水中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物徹底氧化成無(wú)毒的小分子物質(zhì)或氣體，從而達(dá)到物和有機(jī)物徹底氧化成無(wú)毒的小分子物質(zhì)或氣體，從而達(dá)到處理的目的。處理的目的。v化學(xué)催化氧化法化學(xué)催化氧化法是在傳統(tǒng)的濕式氧化處理工藝中，加入適宜是在傳統(tǒng)的濕式氧化處理工藝中，加入適宜的催化劑以降低反應(yīng)所需的溫度與壓力，提高氧化分解能力，的催化劑以降低反應(yīng)所需的溫度與壓力，提高氧

14、化分解能力，縮短反應(yīng)時(shí)間，防止設(shè)備腐蝕和降低成本?？s短反應(yīng)時(shí)間，防止設(shè)備腐蝕和降低成本。v 濕式氧化技術(shù)濕式氧化技術(shù)是在高溫高壓的條件下，以空氣中的是在高溫高壓的條件下，以空氣中的O2為氧為氧化劑，在液相中將有機(jī)污染物氧化為化劑，在液相中將有機(jī)污染物氧化為CO2和和H2O等無(wú)機(jī)小分等無(wú)機(jī)小分子或有機(jī)小分子的化學(xué)過(guò)程。子或有機(jī)小分子的化學(xué)過(guò)程。 v超臨界水氧化法超臨界水氧化法的主要原理是利用超臨界水作為介質(zhì)來(lái)氧化的主要原理是利用超臨界水作為介質(zhì)來(lái)氧化分解有機(jī)物。分解有機(jī)物。 v光降解反應(yīng)光降解反應(yīng)通常是指有機(jī)物在光作用下，逐步氧化成小分子通常是指有機(jī)物在光作用下，逐步氧化成小分子中間產(chǎn)物，最終形

15、成中間產(chǎn)物，最終形成CO2、H2O及其他離子如及其他離子如NO3、PO43、鹵素等。鹵素等。 v電化學(xué)氧化法電化學(xué)氧化法是使污染物在電極上發(fā)生直接的電化學(xué)反應(yīng)，是使污染物在電極上發(fā)生直接的電化學(xué)反應(yīng)，或者利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧或者利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成無(wú)害物的過(guò)程。前者叫直接電化學(xué)反應(yīng)，化還原反應(yīng)，生成無(wú)害物的過(guò)程。前者叫直接電化學(xué)反應(yīng)，后者叫間接電化學(xué)反應(yīng)。后者叫間接電化學(xué)反應(yīng)。 微波技術(shù)微波技術(shù) 微波是指頻率為微波是指頻率為300MHz-300KMHz的電磁波，即波的電磁波，即波長(zhǎng)在長(zhǎng)在1米到米到1毫米之間的電磁波，是分米

16、波、厘米波、毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波的統(tǒng)稱。毫米波的統(tǒng)稱。特點(diǎn)特點(diǎn)l微波是一種內(nèi)加熱，加熱速度快，只需加熱的微波是一種內(nèi)加熱，加熱速度快，只需加熱的1/101/100的時(shí)間即可完成。的時(shí)間即可完成。l受熱體系溫度均勻、無(wú)滯后效應(yīng)，熱效率高。受熱體系溫度均勻、無(wú)滯后效應(yīng)，熱效率高。l微波對(duì)反應(yīng)體系不產(chǎn)生污染，屬于清潔技術(shù)。微波對(duì)反應(yīng)體系不產(chǎn)生污染，屬于清潔技術(shù)。v在在無(wú)機(jī)合成無(wú)機(jī)合成中中,微波主要用于微波主要用于燒結(jié)合成燒結(jié)合成和和水熱合成水熱合成。微波燒結(jié)合成微波燒結(jié)合成是指用微波輻照替代傳統(tǒng)的熱源，是指用微波輻照替代傳統(tǒng)的熱源，均勻混合的物料或預(yù)先壓制成型的料坯吸收微波均勻

17、混合的物料或預(yù)先壓制成型的料坯吸收微波能而迅速升溫，達(dá)到一定溫度后，引發(fā)燃燒合成能而迅速升溫，達(dá)到一定溫度后，引發(fā)燃燒合成反應(yīng)或完成燒結(jié)過(guò)程。反應(yīng)或完成燒結(jié)過(guò)程。微波燒結(jié)合成微波燒結(jié)合成主要用與主要用與合合成陶瓷成陶瓷。因?yàn)槲⒉Y(jié)合成具有加熱均勻、升溫。因?yàn)槲⒉Y(jié)合成具有加熱均勻、升溫速度快、而且燃燒傳播可以控制，并有利于陶瓷速度快、而且燃燒傳播可以控制，并有利于陶瓷的焊接和加工。的焊接和加工。微波水熱合成微波水熱合成可用于制備金屬氧可用于制備金屬氧化物、超細(xì)粉體材料、磁性材料、沸石分子篩材化物、超細(xì)粉體材料、磁性材料、沸石分子篩材料。料。v在在有機(jī)合成中有機(jī)合成中，微波由于能，微波由于能

18、大大加快大大加快化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)的速度，縮短反應(yīng)的時(shí)間，特別是無(wú)機(jī)固體物為載速度，縮短反應(yīng)的時(shí)間，特別是無(wú)機(jī)固體物為載體的無(wú)溶劑的微波有機(jī)合成反應(yīng)，操作簡(jiǎn)便，溶體的無(wú)溶劑的微波有機(jī)合成反應(yīng)，操作簡(jiǎn)便，溶劑用量少，產(chǎn)物易于分離純化，產(chǎn)率高。劑用量少，產(chǎn)物易于分離純化，產(chǎn)率高。超聲波技術(shù)超聲波技術(shù)v研究在超聲作用下引起的化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程研究在超聲作用下引起的化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的改變的化學(xué)分支學(xué)科。又稱超聲化學(xué)。的改變的化學(xué)分支學(xué)科。又稱超聲化學(xué)。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 反應(yīng)速度快、反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高、產(chǎn)率高、反應(yīng)溫度低反應(yīng)溫度低。 用于化學(xué)反應(yīng)的超聲頻率通常為用于化學(xué)反應(yīng)的超聲頻率通常為2050

19、千赫千赫。v聲化學(xué)效應(yīng)的聲化學(xué)效應(yīng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是是氣穴作用氣穴作用，包括氣核的出現(xiàn)、微泡，包括氣核的出現(xiàn)、微泡的長(zhǎng)大和微泡的爆裂的長(zhǎng)大和微泡的爆裂3步步 。在超聲作用下，流體產(chǎn)生急劇。在超聲作用下，流體產(chǎn)生急劇的運(yùn)動(dòng)，由于聲壓的變化，使溶劑受到壓縮和稀疏作用，的運(yùn)動(dòng)，由于聲壓的變化，使溶劑受到壓縮和稀疏作用，在聲波的稀疏相區(qū)，氣穴膨脹長(zhǎng)大，并為周圍的液體蒸在聲波的稀疏相區(qū)，氣穴膨脹長(zhǎng)大，并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿。在壓縮相區(qū)，氣穴很快塌陷、破裂，產(chǎn)氣或氣體充滿。在壓縮相區(qū)，氣穴很快塌陷、破裂，產(chǎn)生大量微泡，它們又可以作為新的氣核。生大量微泡，它們又可以作為新的氣核。 v超聲對(duì)超聲對(duì)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)

20、反應(yīng)的影響，其的影響，其主要原因主要原因就是這些微就是這些微泡在長(zhǎng)大以致突然破裂時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的泡在長(zhǎng)大以致突然破裂時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波沖擊波。據(jù)估算，在微泡爆裂時(shí)，可以在據(jù)估算，在微泡爆裂時(shí)，可以在局部空間內(nèi)局部空間內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)生壓力可以壓力可以兆兆計(jì)算，計(jì)算，中心溫度中心溫度可達(dá)可達(dá)104106K。 v超聲化學(xué)反應(yīng)可按介質(zhì)劃分為超聲化學(xué)反應(yīng)可按介質(zhì)劃分為兩大類兩大類：v水相中的聲化學(xué)。水相中的聲化學(xué)。 在超聲作用下，水分解為氫氧自由基和氫原子，由在超聲作用下，水分解為氫氧自由基和氫原子，由此可誘發(fā)出一系列化學(xué)反應(yīng)此可誘發(fā)出一系列化學(xué)反應(yīng) 。 v非水液相中的聲化學(xué)。非水液相中的聲化學(xué)。 研究主要集

21、中在以下幾個(gè)方面：研究主要集中在以下幾個(gè)方面： 均相合成反應(yīng)；均相合成反應(yīng)； 金屬表面上的有機(jī)反應(yīng)；金屬表面上的有機(jī)反應(yīng)； 相轉(zhuǎn)移反應(yīng)；相轉(zhuǎn)移反應(yīng)； 固液兩相界面反應(yīng)；固液兩相界面反應(yīng)； 聚合及高分子解聚反應(yīng)。聚合及高分子解聚反應(yīng)。 v超聲波降解超聲波降解有機(jī)污染物原理有機(jī)污染物原理,當(dāng)聲能足夠強(qiáng)時(shí)當(dāng)聲能足夠強(qiáng)時(shí),在疏松的半周期內(nèi)在疏松的半周期內(nèi),液相分子間的吸引力被打破液相分子間的吸引力被打破,形成空化核。空化核的壽命為形成空化核?？栈说膲勖鼮?.1s,它在爆炸它在爆炸的瞬間可產(chǎn)生約的瞬間可產(chǎn)生約 4 000 K和和100 MPa 的局部高的局部高溫和高壓環(huán)境溫和高壓環(huán)境 ,并產(chǎn)生速度約為

22、并產(chǎn)生速度約為 110m/s的具有的具有強(qiáng)烈沖擊力的射流。該條件足以使所有的有機(jī)強(qiáng)烈沖擊力的射流。該條件足以使所有的有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、高溫分解或物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、高溫分解或自由基反應(yīng)而使廢水中的有機(jī)污染物降解。自由基反應(yīng)而使廢水中的有機(jī)污染物降解。等離子體技術(shù)等離子體技術(shù)v等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，即電離了的等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，即電離了的“氣氣體體”，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子包括離子(具有不同符號(hào)和電荷具有不同符號(hào)和電荷)、電子、原、電子、原子和分子。子和分子。v在化工生產(chǎn)中能實(shí)際應(yīng)用的等離子體，主要在化工生產(chǎn)中能

23、實(shí)際應(yīng)用的等離子體，主要是指低溫等離子體。所謂低溫等離子體就是是指低溫等離子體。所謂低溫等離子體就是等離子氣氛的總體溫度較低，一般只有幾百等離子氣氛的總體溫度較低，一般只有幾百度，甚至于只有幾十度，但是其中的電子溫度，甚至于只有幾十度，但是其中的電子溫度卻高達(dá)度卻高達(dá)10103 310104 4K K。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l它處于非平衡態(tài)，適用非平衡態(tài)熱力學(xué)，是研究處它處于非平衡態(tài)，適用非平衡態(tài)熱力學(xué)，是研究處于激發(fā)態(tài)下的高能，高活性，高速離子、電子、原于激發(fā)態(tài)下的高能，高活性，高速離子、電子、原子、分子、中性粒子等組成的部分電離的氣體直接子、分子、中性粒子等組成的部分電離的氣體直接或間接，部分或全部

24、參加的化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程?；蜷g接，部分或全部參加的化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。l等離子體由最清潔的高能粒子組成等離子體由最清潔的高能粒子組成,不會(huì)造成環(huán)境污不會(huì)造成環(huán)境污染染,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)無(wú)不良影響。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)無(wú)不良影響。l等離子體反應(yīng)迅速等離子體反應(yīng)迅速,反應(yīng)完全反應(yīng)完全 ,使原料的轉(zhuǎn)化率大大使原料的轉(zhuǎn)化率大大提高提高,有可能實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)有可能實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) ,因此因此 ,副反應(yīng)很少副反應(yīng)很少,可實(shí)現(xiàn)零排放可實(shí)現(xiàn)零排放,做到清潔生產(chǎn)。做到清潔生產(chǎn)。l由于等離子體的高能量輸入，使在常規(guī)條件下不能由于等離子體的高能量輸入，使在常規(guī)條件下不能反應(yīng)或反應(yīng)速度極慢的體系也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)或反應(yīng)速度極慢的體系

25、也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。等離子體技術(shù)的應(yīng)用：等離子體技術(shù)的應(yīng)用：v 等離子體機(jī)械加工。等離子體機(jī)械加工。v 等離子體化工。等離子體化工。 v 等離子體冶金。等離子體冶金。 v 等離子體表面處理。等離子體表面處理。 v 氣動(dòng)熱模擬。氣動(dòng)熱模擬。 v等離子體機(jī)械加工等離子體機(jī)械加工v等離子體焊接：等離子體焊接：可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其合金。特點(diǎn)是焊縫平整，可以再加工合金。特點(diǎn)是焊縫平整，可以再加工,沒(méi)有氧化物雜質(zhì)沒(méi)有氧化物雜質(zhì),焊接焊接速度快。用于切割鋼、鋁及其合金，切割厚度大。速度快。用于切割鋼、鋁及其合金，切割厚度大。v等離子體噴涂：等離子體噴涂

26、：許多設(shè)備的部件應(yīng)能耐磨耐腐蝕、抗高溫，許多設(shè)備的部件應(yīng)能耐磨耐腐蝕、抗高溫，為此需要在其表面噴涂一層具有特殊性能的材料。用等離子為此需要在其表面噴涂一層具有特殊性能的材料。用等離子體沉積快速固化法可將特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化，體沉積快速固化法可將特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化，并噴涂到基體（部件）上，使之迅速冷卻、固化，形成接近并噴涂到基體（部件）上，使之迅速冷卻、固化，形成接近網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表層，這可大大提高噴涂質(zhì)量。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表層，這可大大提高噴涂質(zhì)量。v等離子體切割：等離子體切割：是用電弧等離子體將被切割的金屬迅速局部是用電弧等離子體將被切割的金屬迅速局部加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)用高

27、速氣流將已熔金屬吹掉而形成狹加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)用高速氣流將已熔金屬吹掉而形成狹窄的切口。等離子體加熱切削是在刀具前適當(dāng)設(shè)置一等離子窄的切口。等離子體加熱切削是在刀具前適當(dāng)設(shè)置一等離子體弧，讓金屬在切削前受熱，改變加工材料的機(jī)械性能，使體弧，讓金屬在切削前受熱，改變加工材料的機(jī)械性能，使之易于切削。這種方法比常規(guī)切削方法提高工效之易于切削。這種方法比常規(guī)切削方法提高工效520倍。倍。v 等離子體化工等離子體化工v利用等離子體的高溫或其中的活性粒子和輻射來(lái)促利用等離子體的高溫或其中的活性粒子和輻射來(lái)促成某些化學(xué)反應(yīng)，以獲取新的物質(zhì)。成某些化學(xué)反應(yīng)，以獲取新的物質(zhì)。v等離子體冶金等離子體冶金v 用

28、于冶煉用普通方法難于冶煉的材料，例如高熔點(diǎn)用于冶煉用普通方法難于冶煉的材料，例如高熔點(diǎn)的鋯的鋯 (Zr)、鈦、鈦(Ti)、鉭、鉭(Ta)、鈮、鈮(Nb)、釩、釩(V)、鎢、鎢(W)等金屬；還用于簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，例如直接從等金屬；還用于簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，例如直接從ZrCl、MoS、TaO和和TiCl中分別獲得中分別獲得Zr、Mo、Ta和和Ti；用；用等離子體熔化快速固化法可開(kāi)發(fā)硬的高熔點(diǎn)粉末，等離子體熔化快速固化法可開(kāi)發(fā)硬的高熔點(diǎn)粉末，如碳化鎢如碳化鎢-鈷、鈷、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末等粉末 等離子等離子體冶煉的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成分及微結(jié)構(gòu)的一致性好，可體冶煉的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成分及微結(jié)構(gòu)的一致性好

29、，可免除容器材料的污染免除容器材料的污染v等離子體表面處理等離子體表面處理 用冷等離子體處理金屬或非金屬固體表面，效用冷等離子體處理金屬或非金屬固體表面，效果顯著。果顯著。 v氣動(dòng)熱模擬氣動(dòng)熱模擬 用電弧加熱器產(chǎn)生的高溫氣流，能模擬超高速用電弧加熱器產(chǎn)生的高溫氣流，能模擬超高速飛行器進(jìn)入大氣層時(shí)所處的嚴(yán)重氣動(dòng)加熱環(huán)境，飛行器進(jìn)入大氣層時(shí)所處的嚴(yán)重氣動(dòng)加熱環(huán)境，從而可用于研制適于超高速飛行器的熱防護(hù)系從而可用于研制適于超高速飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)和材料。統(tǒng)和材料。 高能輻射加工技術(shù)高能輻射加工技術(shù)v輻射主要是指輻射主要是指電子束電子束、離子束離子束、射線射線、中子流中子流及及紫外線紫外線，這些射線或

30、粒子流均是高能量的物質(zhì)，這些射線或粒子流均是高能量的物質(zhì)，當(dāng)它們與被加工的物質(zhì)碰撞時(shí)，就將這些能量釋放，當(dāng)它們與被加工的物質(zhì)碰撞時(shí)，就將這些能量釋放，并轉(zhuǎn)移給物質(zhì)是的分子、原子，從而引發(fā)一系列復(fù)并轉(zhuǎn)移給物質(zhì)是的分子、原子，從而引發(fā)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。雜的化學(xué)反應(yīng)，使物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。v輻射加工的輻射加工的最大特點(diǎn)最大特點(diǎn)是是:在在常溫常溫下就能引發(fā)一些必須下就能引發(fā)一些必須在高溫高壓條件下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，而且這些在高溫高壓條件下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，而且這些射線最終是以能量形式參加反應(yīng)，是目前世界上最射線最終是以能量形式參加反應(yīng)，是目前世界上最清潔的反應(yīng)物。清潔的反應(yīng)物

31、。 v主要研究方法：主要研究方法： （一）輻射聚合（一）輻射聚合 （二）輻射交聯(lián)和降解（二）輻射交聯(lián)和降解 （三）輻射接枝（三）輻射接枝 （四）輻射固化（四）輻射固化 （五）輻射制備復(fù)合材料（五）輻射制備復(fù)合材料v（一）輻射聚合（一）輻射聚合v輻射聚合輻射聚合法是依靠電離輻射對(duì)單體作用而引發(fā)法是依靠電離輻射對(duì)單體作用而引發(fā)聚合聚合, ,其工藝的主要特點(diǎn)是無(wú)需化學(xué)引發(fā)劑。其工藝的主要特點(diǎn)是無(wú)需化學(xué)引發(fā)劑。 v（二）輻射交聯(lián)和降解（二）輻射交聯(lián)和降解v輻射交聯(lián)，輻射交聯(lián)，就是在輻射線的作用下，分子與分就是在輻射線的作用下，分子與分子的鏈間發(fā)生交合，進(jìn)而使分子量增大的現(xiàn)象；子的鏈間發(fā)生交合，進(jìn)而使分

32、子量增大的現(xiàn)象；v輻射降解，輻射降解，就是指聚合物在輻射線的作用下，就是指聚合物在輻射線的作用下，主鏈發(fā)生斷裂，進(jìn)而使分子量下降的現(xiàn)象。主鏈發(fā)生斷裂，進(jìn)而使分子量下降的現(xiàn)象。v（三）輻射接枝（三）輻射接枝v輻射接枝就是采用輻射線的能量，將一些具輻射接枝就是采用輻射線的能量，將一些具有特殊作用的分子基團(tuán)與高分子材料反應(yīng)，有特殊作用的分子基團(tuán)與高分子材料反應(yīng)，進(jìn)而使高分子材料與這些基團(tuán)結(jié)合，改善高進(jìn)而使高分子材料與這些基團(tuán)結(jié)合，改善高分子材料的性質(zhì)。分子材料的性質(zhì)。v采用輻射接枝可以改善高分子材料的親水性、采用輻射接枝可以改善高分子材料的親水性、染色性、生物相容性、導(dǎo)電性、離子交換性染色性、生物相

33、容性、導(dǎo)電性、離子交換性及賦予某些特殊的功能，是一種非常有效的及賦予某些特殊的功能，是一種非常有效的綠色化技術(shù)。一般分共輻射接枝和預(yù)輻射接綠色化技術(shù)。一般分共輻射接枝和預(yù)輻射接枝兩種方法。枝兩種方法。v共輻射接枝共輻射接枝v共輻射接枝是將聚合物基材和已烯單體置于共輻射接枝是將聚合物基材和已烯單體置于同一體系，在充分混合的條件下進(jìn)行輻射聚合。同一體系，在充分混合的條件下進(jìn)行輻射聚合。單體可以是氣體、液體或溶液，在與基材充分接單體可以是氣體、液體或溶液，在與基材充分接觸下，輻射產(chǎn)生的自由基可直接引發(fā)鄰近單體聚觸下，輻射產(chǎn)生的自由基可直接引發(fā)鄰近單體聚合，生成接枝或嵌段共聚物，同時(shí)也有均聚物生合，生成接枝或嵌段共聚物，同時(shí)也有均聚物生成，成，v預(yù)輻射接枝預(yù)輻射接枝 預(yù)輻射接枝一般在有氧或無(wú)氧的條件下，對(duì)預(yù)輻射接枝一般在有氧或無(wú)氧的條件下，對(duì)聚合物基材進(jìn)行預(yù)輻射，然后將其與除氧的單體聚合物基材進(jìn)行預(yù)輻射，然后將其與除氧的單體接觸，在一定的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。接觸，在一定的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。 此法的此法的特點(diǎn)特點(diǎn)是單體不受到輻射，因此，單體是單體不受到輻射，因此，單體的均聚反應(yīng)很