摘 要

苯胺废水是医药、印染等行业中较为常见的一种工业废水，因其具有生物毒性、且不易生物降解而成为废水处理中的一大难点。等离子体具有较强的氧化能力，对一些难降解污染物有较好的氧化降解效果，因此可进行等离子体降解苯胺废水的探索研究。等离子体技术一般采用低温等离子体，常见的有辉光放电、介质阻挡放电、电晕放电等形式，其中，介质阻挡放电等离子体技术应用于废水处理较为广泛。

本文在完成介质阻挡放电低温等离子体反应器的组装后，考察了不同反应条件下苯胺降解过程中的浓度变化规律，初步探求了等离子体对苯胺的降解过程与机理。

研究得出的主要结论如下：

（1）考察试验装置在不同放电条件下对苯胺的降解效果，发现在输入电压65V、输出频率10.0kHz条件下装置的放电效果最佳，此时100mg/L苯胺的去除率为78.86%；

（2）对不同溶液初始浓度、初始pH下苯胺废水降解情况做出分析，发现了在相同的放电条件下，溶液初始浓度越高苯胺的去除率越低，且不调节溶液pH时去除效果最佳；

（3）开展了等离子体降解苯胺的表观动力学试验研究，确定苯胺降解过程大致符合一级动力学方程，并建立了相应的表观动力学方程；

（4）分析等离子体降解苯胺最佳反应条件下的苯胺浓度等指标的变化规律，利用GC-MS联用仪对苯胺降解过程中的主要中间产物进行分析，对等离子体技术处理苯胺做出了最可能的降解途径和机理的研究分析。

关键词：苯胺；等离子体；介质阻挡放电；羟基自由基

Abstract

Wastewater that contained aniline is one kind of industrial wastewater that can be commonly found in medical and printing and dyeing business. This kind of wastewater is difficult to deal with because it is bio-hazard and not easy to biodegrade. Plasma generated by electricity was capable to break down some refractory pollutants due to its extraordinary oxidation capacity. So it is conceivable to explore the feasibility of aniline degradation by plasma generator. low temperature plasma is wildly used in the application of plasma technology, such as glow discharge, dielectric barrier discharge, corona discharge and other forms and dielectric barrier discharge plasma technology is more extensively used in wastewater treatment.

In this paper, after the completion of dielectric barrier discharge low temperature plasma reactor assembly, investigated under different reaction conditions of aniline degradation process of concentration changes in the initial exploration of the plasma on the aniline degradation process and mechanism.

The main conclusions of the study are as follows:

1. The effect of the experimental device on the degradation of aniline under different discharge conditions was investigated. It was found that the discharge efficiency of the device was 78.86% at the input voltage of 65V and the output frequency of 10.0kHz；
2. The results showed that the removal rate of aniline was lower when the initial concentration of the solution was the same under the same discharge conditions, and the removal efficiency of the solution was the best when the pH of the solution was not adjusted；
3. The experimental results show that the aniline degradation process is in accordance with the first - order kinetics equation and the corresponding apparent kinetic equation is established；
4. Analysis of changes of plasma degradation of aniline under the optimum reaction conditions of the aniline concentration index, combined with the instrument on the main intermediates of degradation of aniline in the process of using GC-MS analysis of plasma technology has made research on the treatment of aniline degradation pathway and mechanism of the most likely.

Key Words：Aniline；Plasma；Dielectric barrier discharge；Hydroxyl radicals

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 苯胺废水概述 1

1.2.1 苯胺废水特点及其危害 1

1.2.2 苯胺废水处理技术 2

1.3 等离子体水处理技术 4

1.3.1 等离子体概述 4

1.3.2 介质阻挡放电等离子体技术 6

1.3.3 等离子体水处理技术研究现状 7

1.4 本文研究目的和意义 7

1.5 本文主要研究内容及技术路线 8

1.5.1 研究内容 8

1.5.2 技术路线 9

第二章 试验材料与研究方法 10

2.1 试验药品与试验仪器设备 10

2.1.1 试验药品 10

2.1.2 试验仪器设备 11

2.2 试验装置与方法 11

2.2.1 试验装置 11

2.2.2 试验方法 13

2.3 分析测定方法 13

2.3.1 苯胺溶液浓度的测定 13

2.3.2 苯胺溶液pH的测定 14

2.3.3 等离子体的检测 15

2.3.4 苯胺溶液降解中间产物的检测 15

第三章 介质阻挡放电降解苯胺废水的研究 16

3.1 放电条件对等离子体降解苯胺废水的影响研究 16

3.1.1 输入电压对苯胺废水降解的影响 16

3.1.2 输出频率对苯胺废水降解的影响 18

3.2 溶液性质对等离子体降解苯胺废水的影响研究 19

3.2.1 溶液初始浓度对苯胺废水降解的影响 19

3.2.2 溶液初始pH对苯胺废水降解的影响 20

3.3 添加催化剂对等离子体降解苯胺废水的影响研究 22

3.4 本章小结 23

第四章 苯胺降解动力学及降解机理分析 25

4.1 苯胺降解动力学分析 25

4.1.1 不同输入电压下苯胺降解动力学曲线 25

4.1.2 不同输出频率下苯胺降解动力学曲线 27

4.1.3 不同初始浓度下苯胺降解动力学曲线 28

4.1.4 不同初始pH下苯胺降解动力学曲线 29

4.1.5 不同催化剂浓度下苯胺降解动力学曲线 30

4.2 苯胺降解机理分析 32

4.3 本章小结 34

第五章 结论与展望 35

5.1 结论 35

5.2 展望 36

参考文献 37

致 谢 39

第一章 绪论

1.1 引言

水作为自然界中生物体至关重要的生命之源，是维持地球生态环境的基础，具有其他资源不可替代的作用。随着近年来社会的进步以及人口的增长，人们对水尤其是淡水资源的需求量日益增多。但随着近年来我国现代化工业的兴起，水污染问题日益严峻，尤其以工业有机废水问题为重。

在一些由印染、造纸、制药、石油、化工等行业排放的工业废水中携带有大量的有毒有害且难以被生物降解的有机污染物，其中包含有苯系物、苯胺类、硝基苯类、酚类物、氰类化合物、硫化物、甲醛、卤代氢类等^[1]。这些污染物如果不及时进行有效的治理，将会严重污染环境和危害人类的健康，进一步危害经济的可持续发展。有机污染物的降解问题一直属于环保领域急需解决的问题，对工业有机废水治理刻不容缓，因此急需要采取切实有效的方法去治理污染废水，降解其有机污染物。

1.2 苯胺废水概述

1.2.1 苯胺废水特点及其危害

苯胺又称为阿尼林、阿尼林油、氨基苯，其化学分子式为C₆H₇N，是一种具有芳香气味的无色或淡黄色油状液体，呈弱碱性。苯胺是一类重要的胺类物质，可作为一种重要的化工原料被广泛的应用于国防、制药、印染、橡胶、农药、油漆行业^[2]。

苯胺具有高毒性，很容易通过皮肤进入人体被吸收，进而与人体内的血红蛋白结合形成高铁红蛋白，导致血红蛋白与氧结合的能力降低从而引起中毒并有引发癌症的可能性^[3]。苯胺有易挥发性的特点但具有稳定的分子结构，会对水体产生恶化影响，严重影响生态环境。苯胺具有长期生物残留、生物蓄积性高等特点，是一种“致癌、致畸、致突变”的三致物质^[4]。苯胺对环境具有严重的污染，对人体健康具有严重的危害，被列入“中国环境优先污染物黑名单”中，也被美国EPA列为优先控制的129种污染物之一^[5]。