微波催化氧化的技术21页PPT

• 微波辐射晶化法是1988年才发展起来的新的 合成技术。此法具有条件温和、能耗低、反 应速率快、粒度均一且小的特点。
• 如NaA沸石，在常压下5~10 min即可合成 出结晶度较高的晶体。因此，这种新的合成 方法预计能实现快第速19页、/共节49页能和连续生产沸石
1. NaA沸石的合成
A型沸石是目前应用广泛的吸附剂，用于脱 水、脱氨等，可代替洗衣粉中的三聚磷酸 钠得到无磷洗衣粉。
用微波辐射法合成NaA沸石：在10-50％微波功率 下辐照5-20min(100％的功率为650w，2450MHz) 若原料配比范围为：(1.5 – 5.0) Na2O : (1.0) Al2O3 : (0.5 – 1.7) SiO2 : (40 - 120) H2O时能很好地得到 NaA沸石晶体； 若H2O/A12O3 150时，出现无定形，无NaA晶体； 若Na2O/A12O3 8.0时，则全部生成羟基方钠石； 当SiO2/A12O3 = 2.0时，无NaA晶体生成。
tan ＝/
表示在给定频率和温度下，一种物质把电 磁能转变成热能的能力。
因此，微波加热机制部分地 取决于样品的介电耗散因子 tan大小。
第8页/共49页
微波加热的原理
直流电源
微波发生器 产生交变电场
磁控管
此时：
作用在 处于微 波场中 的物体 上
• 由于电荷分布不平衡的小分子迅速吸收电磁波而使极性分子产生25亿次/s 以上的转动和碰撞，从而使极性分子随外电场变化而摆动并产生热效应；
第1页/共49页
微波辐射技术的发展:
1986年Gedye等
首次用于有 机合成
微波技术在化学中的应用日益广泛，并逐渐 形成了微波化学这一新的交叉性学科。
微波作为一种能源，因其加热速 度快、节能等特点而引起世界范 围内极大的研究兴趣。

1986年，微波氧 化技术首次被提出
1990年代，微波氧 化技术在环境工程 领域得到广泛应用
2000年代，微波氧 化技术在材料科学 、化学工程等领域 得到进一步发展
2010年代，微波氧 化技术在生物医学 、食品科学等领域 得到广泛应用
食品工业：食品加工、食品 保鲜、食品消毒等
化工行业：有机合成、催化 剂制备、精细化工等
精细化工：微波氧化技术可以 用于精细化工产品的合成和精 制
石油化工：微波氧化技术可以 用于石油化工产品的合成和精 制
废水处理：微波氧化技术可以 有效去除废水中的有机物和重 金属离子
农药生产：微波氧化技术可 以用于农药的生产和精制
医药生产：微波氧化技术可 以用于医药的生产和精制
食品加工：微波氧化技术可 以用于食品的加工和精制
易于控制：微波加 热易于控制，可以 精确控制反应温度 和时间
设备成本高：微波氧化设备需要较 高的成本投入
反应条件苛刻：微波氧化技术需要 特定的反应条件，如温度、压力等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
操作难度大：微波氧化技术需要专 业的操作人员
产物分离困难：微波氧化技术产生 的产物分离困难，需要特殊的分离 技术
生物医药领域：药物合成、生 物样品处理等
PART SEVEN
微波氧化技术在环 保领域的应用将越 来越广泛
微波氧化技术在材 料科学领域的应用 将越来越深入
微波氧化技术在生 物医学领域的应用 将越来越受到重视
微波氧化技术在能 源领域的应用将越 来越具有潜力
提高微波氧化效率：通过优化微波频率、功率和反应时间等参数，提高微波氧化效率。 扩大应用领域：将微波氧化技术应用于更多领域，如废水处理、土壤修复、生物质转化等。 降低成本：通过改进微波反应器设计和材料选择，降低微波氧化技术的成本。 提高环保性能：研究微波氧化技术对环境的影响，提高其环保性能。

06 案例分析
某石化企业催化氧化工艺改造
改造背景
某石化企业原有催化氧化 工艺存在能效低、污染物 排放量大等问题，需要进 行技术升级和改造。
改造内容
采用新型高效催化剂，优 化反应条件，提高反应速 度和选择性，降低能耗和 污染物排放。
改造效果
改造后，催化氧化工艺的 能效提高了30%，污染物 排放量减少了50%，同时 提高了产品收率和质量。
产品后处理与分离
产物分离
催化氧化反应结束后，产物需要经过分离和提纯才能得到最 终产品。分离和提纯的方法包括蒸馏、萃取、重结晶等，应 根据产物的性质和要求选择合适的分离方法。
废水处理
催化氧化过程中会产生一定量的废水，需要进行处理以避免 对环境造成污染。废水处理的方法包括物理法、化学法和生 物法等，应根据废水的性质和排放标准选择合适的方法进行 处理。
THANKS
鼓泡塔反应器的优点是结构简单、操作方便、催化剂装填量较大，但传质效率相对 较低。
催化氧化设备的选择与设计
选择催化氧化设备时，应根据具 体的工艺要求、物料性质和处理
规模等因素进行综合考虑。
设计催化氧化设备时，应注重设 备的结构、材料、热工条件、安 全环保等方面的要求，以确保设
备的可靠性和经济性。
在实际应用中，可以根据具体的 情况选择合适的催化氧化设备， 以达到最佳的处理效果和经济效
原料的提纯
对于某些含有杂质的原料，需要进行提纯以提高其纯度。提纯的方法包括萃取、重结晶、 蒸馏等，应根据原料的性质和目标产物选择合适的提纯方法。
催化剂的选择与装填
催化剂的选择
催化剂在催化氧化过程中起着至关重要的作用，选择合适的催化剂可以提高反应 速率、产物纯度和选择性。在选择催化剂时，应考虑其活性、稳定性、选择性以 及经济性等因素。

大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的
特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲
烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，
所以对难以降解的有机物具有特别意义。 4. 寿命长 理论上，光催化剂的寿命是无限长的。
18
光催化的技术特征
5. 广谱性
光催化对从烃到羧酸的众多种类有机物都 有氧化效果，美国环保署公布的九大类 114 种污染物均被证实可通过光催化氧化 法降解，即经过持续反应可达到完全净 化。
12
TiO2
有机磷杀虫剂：DDVP、DEP
TiO2
紫外 Cl-、PO43-、CO2
◎ TiO2光催化氧化的原理
◎ 光催化剂 ◎ 光催化反应器
◎ TiO2光催化技术的应用
◎ 展望
13
TiO2光催化氧化原理
14
TiO2光催化氧化原理
图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下：
TiO2 h h e
4
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
二、Fenton氧化机理
Fe2+ + H2O2 → · OH + OH－ + Fe3+ Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + · HO2 + H+
操作条件：pH = 3~5
三、Fenton试剂在废水处理中的应用
——单独作为一种处理方法氧化有机废水
——与其他技术联用，如混凝沉降法、活性炭法、生 物法、UV
缺点：对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式 等均有很高的要求。
◎ 液相法
优点：合成温度低、设备简单、成本低。
缺点：颗粒大小、形状不均，分散性差，影响产品的使 用效果和应用范围

饱和烃：夺氢反应 C=C键：加成反应 卤代有机物：不与有机物连接的卤素反应，α氢被
卤素取代，则反应速度降低，并且不能与饱和全卤 化合物反应，如四氯化碳；
中等和大分子有机物反应快速，接近扩散控制极限 低分子或高度氧化的有机化合物：甲基氢原子如果
没有被特殊连接的取代物活化，则被取代的速率较 慢；从羧酸阴离子中的电子转移速率也较慢。所以 乙酸根或草酸根被羟基自由基氧化的速率比中等分 子有机物的速率慢1-2个数量级
TiO2 ：不发生光腐蚀；耐酸碱性好，化学 性质稳定；对生物无毒性；来源丰富；能 隙较大（3.2ev，最大入射波长为 387.5nm），有很强的氧化还原能力；
二氧化钛基本结构：锐 钛矿、金红石、板钛矿
连接方式：
锐钛矿
金红石、板钛矿
金红石
锐钛矿
板钛矿
金红石、锐钛矿和板钛矿的相图
光催化反应的主要应用
E°V
半反应
E°V
3.06
—
F2 + 2e = 2F
2.65
2.85
OH· + e
==
—
OH
2.0
2.442
O(g) + 2H2O + 2e
==
—
2OH
1.59
2.07
—
O3 + H2O + 2e == O2 + 2OH
1.24
1.776 H2O2 + H+ + e == OH· + H2O 0.71
– 有机物浓度很低的时候，认为KC<<1 则可简化为：r=kKC=k’C
– 当有机物浓度很高时，KC>>1 则可简化为：r=k

地质勘查、安全监控等领域。
随着技术的不断发展，微波雷达 的应用领域还将不断拓展，为人 类的生产和生活带来更多的便利
和安全保障。
05 微波通信
微波通信的基本原理
微波通信是利用微波作为载波来传递信息的通信方式。微波是指频率在 300MHz-300GHz的电磁波，具有波长短、频率高的特点。
微波通信的基本原理是将低频信号调制到微波载波上，通过天线将微波 信号发射出去，在接收端通过解调将低频信号还原出来。
微波雷达的探测信息丰富，能够提供目标物体的位置、速度、方向等多方面的信息，为后续 的数据处理和目标识别提供了基础。
微波雷达的应用领域
微波雷达在军事领域中广泛应用 于导弹制导、目标跟踪、战场侦 察等方面，是现代战争中的重要
技术手段之一。
在民用领域中，微波雷达也具有 广泛的应用前景，如交通流量监 测、气象观测、航空航天探测、
微波通信的调制方式有多种，如调频、调相和调幅等，其中调频是最常 用的一种。
微波通信的特点与优势
传输容量大
传输质量稳定
微波通信具有较高的频谱利用率，可以同 时传输多路信号，适用于大容量、高速率 的信息传输。
微波信号传输不受天气、环境等因素的影 响，传输质量比较稳定。
建设成本低
灵活性高
微波通信可以利用现有的通信设施进行建 设，不需要进行大规模的线路铺设和施工 ，建设成本相对较低。
质量和效率。
06 微波技术的挑战与未来发 展
当前微波技术面临的挑战
技术更新换代
随着科技的不断进步，微波技术需要不断更 新换代以满足新的应用需求。
电磁波的安全性
微波技术的广泛应用涉及到电磁波的安全性 问题，需要加强研究和监管。
高频段电磁波的传输

．
CH3COOOH ﹢CH3CO
链终止：CH3COOOH ﹢ CH3CHO 醋酸锰 中间复合物
醋酸锰
2CH3COOH
38
(2).反应器及工艺流程
液相自氧化具有以下特点：
催化自氧化
☆气液相反应，氧的传递过程对氧化反应速度起着 重要的作用；
☆强放热反应； ☆介质往往具有强腐蚀性； ☆原料中间产物或产物与空气或氧能形成爆炸混合 物，而具有爆炸危险等。
第二节 均相催化氧化
均相催化氧化大多是气—液相氧化反应， 气相氧化因缺少合适的催化剂，且反应控制 也较困难，故工业上很少采用。
12
均相催化氧化的特点
催化剂活性较高、选择性较好 反应条件不太苛刻，反应比较平稳 设备简单，容积较小，生产能力较高 反应温度通常不太高，反应热利用率较低 在腐蚀性较强的体系时要采用特殊材质 催化剂多为贵金属，必须分离回收
到氧的吸收，一般称为诱导期，需数小时或
更长的时间，过诱导期后，反应很快加速而 达到最大值。
加速自由基的生成
引发剂
过氧化氢异丁烷
偶氮二异丁腈
催化剂
19
2.催化自氧化催化剂
催化剂多为Co、Mn等过渡金属离子的盐类， 溶解在液态介质中形成均相助催化剂，又称 氧化促进剂。
催化剂作用
加速链的引发，缩短或消除反应诱导期；
这种作用称为阻化作用，这些杂质称为阻化剂。
由于链反应的自由基浓度不大，故对阻化剂一般很 敏感，少量阻化剂的存在，就会使反应显著降速。
24
杂质---水有阻化作用
150～225 ℃
C 4 H 1 0 + O 2 醋酸钴，
C H 3 C O O H 收率75-
当水含量达到3％54，atm氧化反应就无法进行8。0乙% 醛

03
微波器件与系统
微波振荡器
微波振荡器是产生微波信号的 电子器件，其工作原理基于电 磁振荡，通过在谐振腔内形成
电磁振荡来产生微波信号。
常见的微波振荡器有晶体振荡 器和负阻振荡器等，广泛应用 于雷达、通信、电子对抗等领
域。
微波振荡器的性能指标包括频 率稳定度、相位噪声、输出功 率等，这些指标直接影响着微 波系统的性能。
微波滤波器的设计需要考虑电 磁波理论、材料特性、工艺制 造等多个因素，以确保其性能 和可靠性。
微波天线
01
微波天线是用于发射和接收微波信号的设备，其工作原理基于电磁波 的辐射和接收。
02
常见的微波天线有抛物面天线、平板天线、八木天线等，广泛应用于 雷达、卫星通信、广播电视等领域。
03
微波天线的性能指标包括增益、方向性图、极化方式等，这些指标直 接影响着微波系统的性能。
微波技术的发展历程
要点一
总结词
微波技术的发展经历了从基础研究到实际应用的过程，目 前仍在不断发展中。
要点二
详细描述
微波技术的发展始于20世纪初的基础研究，随着电子技术 和计算机技术的不断发展，微波技术逐渐从实验室走向实 际应用。在通信领域，微波技术率先得到广泛应用，如微 波接力通信、卫星通信等。随后，在雷达、加热、医疗等 领域，微波技术也得到了广泛的应用和发展。目前，随着 新材料和新技术的发展，微波技术仍在不断创新和进步中 。
向，以实现微波技术的绿色发展。
THANK YOU
感谢各位观看
新型微波材料的研究与应用
总结词
新型微波材料的研发是推动微波技术进步的关键，它们在改 善微波性能、提高系统稳定性等方面具有重要作用。
详细描述
随着科技的不断发展，新型微波材料如碳纳米管、石墨烯等 逐渐受到关注。这些材料具有优异的电磁性能，能够大幅提 高微波的传输效率和稳定性，为微波技术的应用开拓更广阔 的领域。

3.1 MIOP的优势与不足
优点：工程小/设备简单/催化效率高 不足：
①由于吸附材料的问题导致净化处理时间较长 ②对某种 成分去除效果好却对另一种成分达不到处
理的要求
③催化氧化和吸附不能同时进行
3.2 发展方向
①寻求廉价高效、高效的催化剂，降低处理 成本 ②将微波技术技术有机结合 ③实现整个处理过程的连续化
2008.12. [4] 微波技术在水处理中的应用. 重庆文理学院学报. 2007.10. [5] 微波能污水处理技术简介. 北京水利. 2004.2. [6] 微波诱导催化技术在污水处理中的研究进展. 工业用水与废水. 2009.2. [7] 微波催化氧化法处理白酒废水. 江苏化工. 2004.12.
Fenton试剂 H2O2与FeSO4的混合物。
H2O2在Fe3+的作用下，可以分解为具有很强氧化能 力的OH·(氧化电位为+2.8V），将水体中的有机污 染物氧化。
MIOP也可以和其他污水处理方法联用
物理/化学/生化
2.1 相关报导
考虑因素： pH, 微波功率，试剂用量，催化剂用量 Liu用微波辐射法氧化甲苯，以为V2O5催化 剂，为TiO2载体，反应体系达到500K时就能 使其氧化成苯甲酸 (传统的方法需要在600K的条件下)；
参考文献
[1] 微波法处理生活污水可行性试验研究. 水处理技术. 2008.4.
THE END [2] 微波技术在废水处理中的应用. 环境监测管理与技术. 2007.8. Thanks for your attention. [3] 两种微波-活性炭法对苯酚的去除效果及其效能比较. 中国给水排水.
2.3 微波再生技术
• 活性炭的再生：吸附物质后的活性炭在 外界作用下脱附，以循环使用的过程。 • 热/生物/湿污水处理工艺流程图

谢谢观看
Barbeni等采用芬顿试剂氧化水溶液中的二氯酚和三氯酚，去除效果显著。Topuduri等采用紫外光和氧化相结合方式处理污染的地下水，结果证明99%以上的有机化合物能被破坏直至矿化。陈路平采用紫外协同芬顿试剂氧化分解二级出水残留抗生素，UV/Fenton法深度处理废水中抗生素的最佳工况条件为双氧水28.00mmol/L，铁离子2.44mmol/L，3个15w紫外灯照射强度，酸性条件pH3.6，反应时间56min时，抗生素去除率可以达到86.89％。
1.2 Fenton的反应过程
优点：1.亚铁盐和过氧化氢二者皆具有水溶性，反应快且成本较低。2.过氧化氢会自行分解成H2O与O2，而其不会对环境境造成二次危害。3.由于进行催化反应时可不需要引入光线，故反应器的设计较有UV光系统简单，且成本较低。4.以Fenton法处理废水的有机物(如酚、氯酚)方面都很成功而且价格不贵。5.能处理微生物难以分解的有机毒物。
Fenton法 （Fenton process)
目录
CONTENTS
01
芬顿法介绍及特点
02
芬顿法的影响因素
03
类芬顿法介绍
04
芬顿类技术应用
1.1 Fenton反应介绍Fenton法是1894年芬顿在研究酒石酸分解时发现：加入亚铁离子可加強过氧化氢氧化能力，可氧化许多种有机物。此后经多人实验证实，于是便将此二种试剂合称为Fenton试剂。 Fenton反应是以亚铁离子作为催化剂来催化过氧化氢，使其产生羟基自由基，进行有机物的氧化，羟基自由基具有很强的氧化能力，可与大部分的芳香族有机物进行反应，同时亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)，铁离子又会与双氧水反应，并还原成亚铁离子(Fe2+)。
陈在旭等用UV/Fenton反应光催化降解染料直接黑38。在一定的时间段内检测水溶液直接黑38的UV吸光度、总有机碳(TOC)浓度的变化,确定了直接黑38废水的降解速度.以单因素实验方法确定了pH值、[Fe2+]、[H2O2比例及其初始浓度对降解速度的影响.实验结果表明,在pH为3,染料浓度为30mg/L,[Fe2+],[H2O2]比例1∶100,[Fe2+]=0.12mmol/L,[H2O2]=12mmol/L条件下,UV/Fenton方法能在50min内使染料脱色率达90%,使TOC的去除率达到57%.实验证明了photo-Fenton法对于含有偶氮染料废水的脱色与矿化具有很好的应用前景。