超临界水技术处理难降解有机废水的反应机理研究

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1、超临界水技术处理难降解有机废水的反应机理研究ReactionMechanismStudyontheRefractoryOrganicWastewaterTreatmentviaSupercriticalWaterTechnology学科专业：化学工程作者姓名：姜丹丹指导教师：韩优副教授天津大学化工学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年万方数据摘要近年来

3、，环境和能源问题备受世界关注。工业化的推进导致了工业废水的大量排放，废水中含有许多对环境和公众健康构成严重威胁且难生物降解的有机污染物。由于超临界水技术能广泛、高效地处理各种有毒且化学性质稳定的污染物，国内外许多研究者进行了超临界水技术处理工业废水的实验研究。然而实验研究只能通过反应产物来推测反应机理，缺少有机物降解过程中结构变化细节和规律的信息，而这些机理对优化反应条件和设计反应器至关重要，因此本研究利用ReaxFF反应分子动力学模拟的方法来研究超临界水技术处理难降解有机废水的反应机理，以医药废水和焦化废水为对象，分

4、别选取青霉素和苯并[α]芘为模型化合物。这一研究可以为超临界水技术处理难生物降解有机废水的工业化过程提供理论指导。超临界水氧化青霉素废水的实验结果显示，温度和氧过量率对COD去除率的影响较为显著。通过分析ReaxFF反应分子动力学模拟结果得到青霉素的降解机理，并总结出S、N元素产物H2S和NO2的生成路径。模拟结果显示超临界水和氧化剂不仅通过产生高活性的自由基和O2分子以加速降解反应，同时还是H2S中H原子以及CO2和NO2中O原子的来源。实验和模拟的结合有助于优化实验条件，同时为合理设计超临界水氧化反应器提供理论指导

5、。苯并[α]芘分子在超临界水氧化、超临界水气化和超临界水部分氧化体系中具有三种不同的反应路径，且在超临界水气化和超临界水部分氧化体系中有H2和CO两种燃料气体生成。H2有三条生成路径，H3O分解是生成H2的主要路径，氧过量率为0.2时H2收率最大；CO分子主要通过重整片段中C-C键的断裂和C-O键的断裂生成。燃料气生成的同时伴随着消耗反应，且由于H2和CO瞬时浓度的改变，燃料气体的生成和消耗之间存在时间延迟，这一时间延迟为通过合理设计反应器和优化停留时间以提高燃料气体生成量提供了可能。最终，本文对焦化废水中多种组分降解

6、的动力学进行了研究。关键词：难降解有机废水，ReaxFF反应力场，超临界水氧化，超临界水气化，超临界水部分氧化，反应机理I万方数据ABSTRACTInrecentyears,theproblemsinthefieldofenvironmentandenergyhavebeensignificantlyfocused.Alongwiththedevelopmentofindustries,thewastewaterdischargeisquitelarge.Wastewaterfromindustriescontains

7、hazardousandpersistentorganicpollutantswhicharecriticallyharmfultotheenvironmentandpublichealth.Becausethesupercriticalwatertechnologycanwidelyandeffectivelydealwithvariouskindsofpollutantswhicharetoxicandstable,manyresearchersworldwidehavestudiedthesupercritica

8、lwatertechnologyinthewastewatertreatment.Inthisstudy,ReaxFFreactivedynamicssimulationswereperformedtoinvestigatethetreatmentofpharmaceuticalwastewaterandcokingwastewa