《基於階段反應理論的有機污染物電催化氧化動力學研究》是依託中國礦業大學，由王立章擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於階段反應理論的有機污染物電催化氧化動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王立章
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
填充床電化學技術是有效治理高有機物濃度、高色度和高鹽量化工廢水的可行途徑；然而，反映流固、流場-電場耦合特徵和有效預測污染物濃度變化規律模型的匱乏成為制約該工藝推廣套用的主要瓶頸。本研究著重解決如下科學問題：引入計算流體力學並考慮邊壁效應、水力學與電化學耦合機制進行床層污染物傳質性能的實時表征；建立基於反應控制、復相控制和擴散控制步驟的階段反應理論模型；同時，以多種形穩陽極作為電荷載體，結合液相色譜和循環伏安特性分析等現代實驗手段研究各種控制步驟下有機物降解路線及填料種類、陽極材料之間的耦合機理。本項目旨在以可預測的反應模式精確表征床層各點傳質進程及有機污染物濃度變化規律，構建有機污染物催化氧化進程與操作條件、反應介質物化屬性和反應器構型之間的定量函式關係，以期揭示填充床電化學反應器的豐富動力學現象，為有機物降解過程的電流效率和能耗預估、反應器的最佳化設計和運行奠定理論和技術基礎。
結題摘要
填充床電化學技術是有效治理高有機物濃度、高鹽量和高色度化工廢水的可行途徑；然而，反映流固、流場—電場耦合特徵和有效預測污染物濃度變化規律模型的匱乏成為制約該工藝推廣套用的主要瓶頸。藉助2009年國家自然科學基金資助，本課題按預定計畫就如下主要內容進行了系統研究：綜合考慮水力學特性、反應器幾何構型、液相物化屬性和操作電流密度之間內在聯繫的污染物傳質特性建模；基於反應控制、復相控制、傳質控制精確描述的階段反應理論構建；探究流固、流電、固電多相耦合機制的電勢、電流、反應速率非線性分布規律，進行與有機污染物種類相關聯的陽極、填料製備及優選。針對上述科學問題，經過3年的研究，獲得的原創性理論成果主要為3項，即階段反應理論、通用能量模型和填充床電極反應器最佳化設計模式。以這些理論為基礎，可開展如下工作：充分考究反應器內壁、填料及電極表面對液相污染物邊壁效應影響的有機物傳質係數精確計算；結合流場、電場內在耦合微觀動力學的陽極與填料製備及性能比對策略確立、荷能輸移載體類型優選、床層拓展能力定量計算及與電荷輸移機制相一致的電流效率準確計量；通用能量模型指導下床層極板間距、平面幾何尺寸的最佳化設計；基於階段反應理論的已定反應器構型時床層各點污染物濃度、電流效率、電耗精確預估及與廢水物化屬性相關聯的操控、運行、管理方案的制定。本項目所獲得成果深化了人們對有機污染物氧化降解過程中微觀反應的認識，克服了當前電化學反應器設計無章可循、無法開展最佳化設計和不能有效預估污染物處理效率和電耗的困難，在解決電化學水處理反應器工程套用中理論匱乏的行業性難題的同時，亦為反應器中流固、流電耦合場特性挖掘和各種水質情況下設計、運行、管理體系的建立提供科學而實用的理論依據，也能把現代自控技術和設備管理自然的糅合為一有機整體。在本項目實施過程中，培養1名博士後和4名碩士研究生，本研究方向在讀博士、碩士研究生分別為2人、8人；在國內外期刊發表論文14篇（含錄用3篇），其中SCI收錄7篇，EI收錄9篇（次）；已錄用論文中1篇為EI源期刊；參加國際學術會議1人（次）；2項發明專利申請在進行中。
