Petrieretal.(1992)试验发现,当涡漩气泡内充满氩气(Ar)时,OH及H自由基都会存在于水溶液中,且都可和有机物反应;但若是充满O2时,却只有OH自由基会出现于水溶液中,因为此时H自由基会和O2反应而生成OH自由基。此外因超声波的辐射作用生成的H2O2也会因曝气的种类不同而有不同的产量,曝O2会生成最多的H2O2,空气次之,氦气(He)和N2最少;而曝气的结果对于反应的快慢也有很大的影响,以超声波来氧化分解酚(Phenol),反应速率因曝气的种类不同而有差异,其反应速率常数为O2>空气>>He>N2(Okouchietal.,1992)。
水溶液中若存在某种物质而能增进反应,则称此种物质为催化剂;以超声波反应工艺而言,最可能成为催化剂者莫过于是金属离子或金属化合物。Okouchietal.(1992)曾指出,若水溶液中存在亚铁离子(Fe2+)或二氧化锰(MnO2)能增加超声波分解酚的反应速率。Linetal.(1996b)提出以超声波工艺分解邻氯酚,添加催化剂(FeSO4)可提高邻氯酚的分解效果,但FeSO4的添加较加入H2O2的效果为差。
试验装置试验装置如所示,反应设备主要为一超声波发生器(MicrosonXL-2020,HeatSystemLtd.,USA)、批式反应槽及流动反应器。操作时由电源供应器供给电能,藉由调整旋钮控制并供给固定强度的超声波振幅,此电流经振荡子(horn)于尖端(tip)产生超声波源;批式反应槽为双层玻璃容器(1L),由循环恒温水槽控制水温于25e,以磁石搅拌机及搅拌子搅拌混合水样,水样由泵以500mL/min的流速循环抽入流动反应器中,在流动反应器中接受超声波的作用;酸碱测定仪及溶氧测定仪于批式反应槽中测定,O2连续曝气至批式反应槽里,并保持水中溶解氧于超饱和状态(3032mg/L)。
分析项目与方法在360min的反应时间中取10个采样点做邻氯酚及TOC的定量分析,以及GC/MS的定性分析,并在反应前后分析H2O2的变化量。邻氯酚及中间产物以正己烷(n-hexane)萃取后注入GC/MS(HP5890A-DB5column)。TOC的变化以总有机碳分析仪(Astromodel2001)分析。过氧化氢则以KI滴定法进行分析。
超声波输出功率的影响本研究首先针对输入溶液中的能量对有机物分解的影响进行探讨。输入溶液的能量以超声波振幅控制,振幅设定于0,24,48,72,96,120Lm.溶液pH值未加以调整(初始pH值约为618),同时不控制离子强度,以单纯超声波工艺处理邻氯酚。为不同振幅对邻氯酚分解趋势图。由可以发现,振幅越大,邻氯酚的分解效果越好;振幅为0,24,48,72,96,120Lm时,反应90min后邻氯酚的去除率分别为1,4,5,515,10,1115%,显示提高输入至溶液中的能量,将有助于有机物的分解。但由于仅以超声波工艺处理时,水中OH自由基的浓度较低,主要的反应机制为涡漩气泡对有机物的热裂解,因此有机物的分解效果并不理想。
邻氯酚的分解与离子强度的关系邻氯酚的分解与H2O2浓度的关系由中得到振幅为120Lm时处理效果最佳,但邻氯酚的分解率太低,因此本研究于反应时添加过氧化氢,藉以增加溶液中的OH自由基,并提高有机物的分解率。为不同H2O2浓度对邻氯酚分解的影响。