应用先进工艺取得成果

哈尔滨工业大学市政环境工程学院绿色化学与技术研究中心

微波促进化学反应技术,以其加热速度快、温度场分布均匀、对特定化学反应具有诱导催化作用等特点,已被越来越多化学研究工作者所关注,并取得许多成功范例.微波水处理工艺作为一种新型物理化学水处理技术,具有氧化速度快、矿化度高、节省化学药剂、占地面积小、易于实现自动控制等优点,在水处理领域具有广阔的研究开发前景.

哈尔滨工业大学绿色化学与技术研究中心,在学术带头人王鹏教授指导下,自2000年以来,在该域开展了富有特色的研究工作,先后得到哈工大跨学科交叉性研究基金（BA1800003）、国家自然科学基金（50278023）、教育部博士点科研基金（20040213027）、黑龙江省自然科学基金（E0211）、哈尔滨市科技攻关项目（2005AA4CS112）等资金项目的资助,并将部分研究成果应用于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司污水处理站改造项目和辽宁盘锦远东锦星化工有限公司生产废水处理,取得一些具有创新性的结果.

首先,该中心研究开发出用于水中难降解有机污染物物理化学处理的新型技术――微波诱导氧化工艺（MOP）.与其他高级氧化工艺（AOP）相比,该技术具有处理效率高、运行成本低、设备简单、操作方便快捷等优点,既可用于间歇处理,也可以实现连续运行.

其次,研究中心采用沉淀-焙烧法和浸渍-焙烧法分别研制出3种用于MOP的新型催化剂：Fe2O3-SnOx/ACF、MnO2/γ-Al2O3和Fe2O3/γ-Al2O3,将其用于难降解有机废水处理,取得满意结果.进一步研究表明,用于MOP的γ-Al2O3基催化剂表面活性组分不同,其在微波场中的温升行为也不同,这种差别可以用化合物的结构缺陷来解释.不同金属氧化物在微波场中的温升行为研究,对新型MOP催化剂设计与催化机理研究具有重要意义.

第三,研究中心对MOP反应机制和动力学规律进行了系统研究.反应机制研究结果表明,普通的MOP技术处理水中有机污染物为吸附-高温氧化机制；微波诱导H2O2催化氧化工艺处理水中有机污染物为微波诱导-羟基自由基氧化机制.反应动力学研究表明,采用本项目研制的催化剂,其微波诱导氧化工艺处理过程均符合表观一级反应动力学规律.微波诱导H2O2催化氧化工艺处理过程可以分为两个阶段：微波诱导阶段和羟基自由基氧化阶段.两个阶段均符合表观一级动力学规律.

第四,研究中心采用微波辅助化学法处理机加乳化废水,取得优于传统破乳方法的结果.以微波辐射技术为基础的乳化废水处理工艺均具有良好的抗冲击性,处理效果好,并可使处理时间缩短到传统法的1/10左右.机制研究结果表明,微波破乳后,水样粘度显著降低,油珠粒径加大且分布不均匀,zeta电位显著降低；温度和pH值是关键因素,较高温度和较低pH值的条件下,微波和破乳剂才具有良好的协同作用,破乳效果好.在特制破乳剂存在的一定条件下,微波与破乳剂产生协同作用,可加速油-水界面的破坏,明显提高对废水的处理效果.

第五,研究中心采用微波化学技术,对水处理厂污泥进行微波诱导热解处理制备污泥吸附剂,实现了污泥的减量化、无害化和资源化.通过对污泥微波干燥和热解过程中温升行为的分析,推测出不同含水率污泥的温升速率公式,证明用微波对脱水污泥进行干燥不但具有微波干燥的各种优点；并发现在微波诱导热解制备污泥吸附剂的最佳工艺条件下,污泥热解温度约为450℃,污泥热解温度与投炭量呈对数关系.

以上述研究工作为基础,该研究中心在国内外知名学术刊物和会议上发表相关研究论文48篇,其中被SCI、EI和ISTP收录21篇；申请国家发明专利9项,已获授权3项；在该研究方向培养硕士研究生20名,博士研究生9名,取得了非常显著的成果.