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摘 要

近年来，水污染已经成为了当今社会很严重的环境问题，传统的物理、化学、生物处理方法已经不能满足日益严重的水处理技术，存在着成本偏高、处理效率低等很多问题。气液放电逐渐迈入了公众的视野，气液放电产生的活性粒子可以有效的降解水中的有机污染物。本文选取的纳秒脉冲电源，以N₂作为保护气，对比有无添加TiO₂研究水中的活性粒子浓度。实验中分析了不同脉冲电压下以及有无添加TiO₂条件下放电过程的电学特性、发光图像和光学特性的变化，并考察了不同脉冲电压下和有无添加TiO₂条件下活性粒子的浓度变化。实验表明，在纳秒脉冲气液放电过程中，随着电压幅值的上升，电流幅值、瞬时功率幅值以及平均功率都在上升发光强度和粒子光谱也在上升，说明放电释放了更多能量。并且随着脉冲电压幅值的上升，活性粒子的浓度也在上升。在添加TiO₂条件下，相同脉冲电压对应的活性粒子浓度大于没有添加TiO₂的活性粒子浓度。说明气液放电协同TiO₂光催化可以有效的降解水中有机污染物，是一种新型的经济环保的污水处理方法。

关键词：纳秒脉冲 气液放电 添加TiO₂ 活性粒子浓度

Effect of TiO₂ addition on the characteristics of nanosecond pulsed gas-liquid discharge

Abstract

In recent years, water pollution has become an important environmental problem in today's society. Traditional physical, chemical, and treatment methods are impossible to face the increasingly serious water treatment technology, and there are many problems such as high cost and low treatment efficiency. The gas-liquid discharge has gradually entered the public's vision, and the active particles generated by the gas-liquid discharge can effectively degrade organic pollutants in water. The nanosecond pulse power source selected in this paper uses N₂ as the protective gas, and compares the presence or absence of TiO₂ to study the concentration of active particles in water. In the experiment, the changes in electrical characteristics, luminescence image and optical personalities of discharge process under different pulse voltages and with or without TiO₂ were analyzed, and the concentration changes of active particles under different pulse voltages and with or without TiO₂ were investigated. Experiments show that during the nanosecond pulsed gas-liquid discharge, as the voltage amplitude increases, the current amplitude, instantaneous power amplitude and average power are all rising. The luminous intensity and particle spectrum are also rising, indicating that the discharge has released more energy. And as the amplitude of the pulse voltage increases, the concentration of active particles also increases. Under the condition of adding TiO₂, the concentration of active particles corresponding to the same pulse voltage is greater than the concentration of active particles without adding TiO₂. It shows that gas-liquid discharge and TiO₂ photocatalysis can effectively degrade organic pollutants in water, and it is a new economical and environmentally friendly sewage treatment method.

Key words: Nanosecond pulse Gas-liquid discharge Add TiO₂ Active particle concentration

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2污水处理的传统方法 2

1.3等离子体技术 3

1.3.1等离子体概念 3

1.3.2气液放电 4

1.3.3气液放电协同二氧化钛光催化技术 5

1.4课题的研究内容 8

第二章 实验装置与实验方法 10

2.1 气液放电实验装置 10

2.1.1 气液放电反应器 10

2.1.2配气系统 11

2.1.3高压脉冲电源 11

2.1.4电学探测系统 12

2.1.5光学测量装置 12

2.2实验方法 13

2.2.1电气特性分析 14

2.2.2发光图像诊断 14

2.2.3光学特性分析 15

第三章 TiO₂添加对气液放电电学特性 16

3.1 无TiO2添加时气液放电的电压电流波形 16

3.2有TiO₂添加时气液放电的电压电流波形 17

3.3 TiO₂添加对电学特性的影响 17

3.3.1 无TiO₂添加对电学特性的影响 17

3.3.2 有TiO₂添加对电学特性的影响 18

3.4 有无TiO₂添加时气液放电的平均功率 20

3.5本章小结 21

第四章 TiO₂添加对气液放电光学特性的影响 22

4.1 纳秒脉冲气液放电发光图像 22

4.1.1无TiO₂添加时放电图像 22

4.1.2有TiO₂添加时放电图像 22

4.2纳秒脉冲气液放电发射光谱图 23

4.3有无TiO₂添加对气液放电光学特性的影响的对比 27

4.4本章小结 28

第五章 TiO₂添加对溶液活性粒子影响 29

5.1有无TiO₂的条件下活性粒子浓度的变化 29

5.2 TiO₂添加对溶液活性粒子影响 30

5.3本章小结 32

第六章 结论与展望 33

6.1总结 33

6.2展望 34

参考文献 35

致谢 37

第一章 绪论

1.1引言

我国拥有充足的水资源，但平均到个人又显得微不足道，并且全国各地的水资源分布很不平均，与此同时，水资源被污染的十分严重。自然和人为是破坏水环境的两大主要原因，在这其中，人为又是破坏水环境的主体，人为造成的部分又可以划分为生活用水、重工业和农药造成的三部分。而现如今，我国水资源的污染，有机物污染成为了最严重的污染问题，需要我们立即才去行动解决。

水中的有机污染物主要是由人为造成以及天然形成两部分组成。天然形成的部分主要是一些动物、植物尸体的降解。人工有机物正在每年飞速递增，这些有机物通过人们的生活不断的排入进了水资源中^[1]。随着科技和社会的飞速发展，工业污水和城市污水在水污染中占据的比重常年递增，占据了最主要的部分。工业污水和城市污水中有机物、重金属还有一部分的化工成分是造成水环境大面积污染的主要原因。随着工业发展愈加的丰富多样化，尤其是人们生活质量的改善，愈来愈多的有机物排放到了大的水环中。有机物在水污染中的问题已经迫使全民必须引起足够的重视，已经成为了最主要的污染源^[2]。

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