微波氧化技术.pptx

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1、1 1 微波介绍微波介绍 微波是一种电磁波，波长范围没有明确界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三微波是一种电磁波，波长范围没有明确界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三个波段，也就是波长从个波段，也就是波长从1mm 1mm 到到1m 1m 左右，频率范围从左右，频率范围从300 MHz 300 MHz 到到300 GHz300 GHz，由于微波，由于微波的频率很高，所以亦称为超高频电磁波。的频率很高，所以亦称为超高频电磁波。微波与工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围比较如表微波与工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围比较如表1 1 所示。所示。第1页/共18页 因为微波的应用极为广泛，

2、为了避免相互间的干扰，供工业、科学及医学使因为微波的应用极为广泛，为了避免相互间的干扰，供工业、科学及医学使用的微波频段（如表用的微波频段（如表2 2 所示）是不同的。目前只有所示）是不同的。目前只有915MHz 915MHz 和和2450MHz 2450MHz 被广泛使用，被广泛使用，在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备。在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备。第2页/共18页 微波是电磁波，它是具有电磁波的诸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴微波是电磁波，它是具有电磁波的诸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波进行能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大

3、、辐射等随着电磁波进行能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大、辐射等问题都不同于普通的无线电、交流电。问题都不同于普通的无线电、交流电。在微波领域中，通常应用所谓在微波领域中，通常应用所谓“场场”的概念来分析系统内电磁波的结构，并采用功的概念来分析系统内电磁波的结构，并采用功率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。具体说来有以下几点：具体说来有以下几点：（1 1）在研究微波问题时，应使用电磁场的概念，许多高频交变电磁场的效益不能忽略。）在研究微波问题时，应使用电磁场的概念，许多高频交变电磁场的效益不能忽略。第3页/共18页 （2 2

4、）微波传播时是直线传播，遇到金属表面将发生反射，其反射方向符合光的反射规）微波传播时是直线传播，遇到金属表面将发生反射，其反射方向符合光的反射规 （3 3）微波的频率很高，其辐射效应更为明显。（）微波的频率很高，其辐射效应更为明显。（4 4）当入射波与反射波相遇叠加时能形）当入射波与反射波相遇叠加时能形成波的干涉现象，其中包括驻波现象。成波的干涉现象，其中包括驻波现象。（5 5）微波能量的空间分布同一般电磁场能量一样，具有空间分布性质。）微波能量的空间分布同一般电磁场能量一样，具有空间分布性质。另外，电磁波是以光的速度传播的，在微波频段转换时间快于千万分之一秒。另外，电磁波是以光的速度传播的，

5、在微波频段转换时间快于千万分之一秒。这就是微波可构成内外同时快速加热的原理。这就是微波可构成内外同时快速加热的原理。第4页/共18页 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。而对金属类东西，则会反射微波。从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波

6、段的如下重要特点：点：穿透性穿透性 选择性加热选择性加热第5页/共18页 热惯性小热惯性小 似光性和似声性似光性和似声性 非电离性非电离性 信息性信息性2 2 微波的产生微波的产生 微波能通常由直流电或微波能通常由直流电或50Hz50Hz交流电通过一特殊的器件来获得。交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件主要分为两大类：可以产生微波的器件主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。半导体器件和电真空器件。电真空器件称之为电子管。电真空器件称之为电子管。第6页/共18页3 3 微波加热的原理微波加热的原理 微波是频率在微波是频率在300300兆赫到兆赫到300300千兆赫的电波，被加热介质

7、物料中的水分子是极性分子。千兆赫的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。4 4 微波诱导催化氧化技术微波诱导催化氧化技术(MIOP)(MIOP)Microwave Induced Ox

8、idation Process Microwave Induced Oxidation Process第7页/共18页4.1 4.1 微波诱导催化反应基本原理微波诱导催化反应基本原理 许多有机化合物都不直接明显地吸收微波，但可利用某种强烈吸收微波的许多有机化合物都不直接明显地吸收微波，但可利用某种强烈吸收微波的“敏化剂敏化剂”把微波能传给这些物质而诱发化学反应。如果选用这种把微波能传给这些物质而诱发化学反应。如果选用这种“敏化剂敏化剂”作催化剂载体，作催化剂载体，就可以在微波照射下实现某些催化反应，这就是微波诱导催化反应。就可以在微波照射下实现某些催化反应，这就是微波诱导催化反应。与普通微波加

9、热效应引起反应加速的情况有所区别，它不但有微波辐射，还有催化与普通微波加热效应引起反应加速的情况有所区别，它不但有微波辐射，还有催化剂的参与，并通过催化剂诱导了反应的进行。剂的参与，并通过催化剂诱导了反应的进行。第8页/共18页 微波诱导催化反应的基本原理可简述如下：微波诱导催化反应的基本原理可简述如下：将高强度短脉冲的微波辐射通过聚焦到含有某种将高强度短脉冲的微波辐射通过聚焦到含有某种“敏化剂敏化剂”（如铁磁金属）的固体（如铁磁金属）的固体催化剂床表面上，由于表面金属点位与微波能的强烈作用，微波能将变成热能，从而催化剂床表面上，由于表面金属点位与微波能的强烈作用，微波能将变成热能，从而使某些

10、表面点位选择性被很快加热至很高温度。使某些表面点位选择性被很快加热至很高温度。虽然反应器中有机试剂不会被微波直接加热，但它们与受激发的表面激发点位接触虽然反应器中有机试剂不会被微波直接加热，但它们与受激发的表面激发点位接触时却可发生反应。通过控制微波脉冲的辐射时间就可以控制催化剂表面的温度。时却可发生反应。通过控制微波脉冲的辐射时间就可以控制催化剂表面的温度。第9页/共18页 在微波诱导催化反应中，微波主要是与催化剂或其载体发生作用将其激活，随后被在微波诱导催化反应中，微波主要是与催化剂或其载体发生作用将其激活，随后被激活的催化剂再催化相应反应的进行。激活的催化剂再催化相应反应的进行。从微波诱

11、导催化反应的历程来看，微波首先是与催化剂或其载体相作用，被激活后从微波诱导催化反应的历程来看，微波首先是与催化剂或其载体相作用，被激活后再催化有关反应。再催化有关反应。因此，所用的催化剂或其载体必须要与所加微波能发生强烈的相互作用。因此，所用的催化剂或其载体必须要与所加微波能发生强烈的相互作用。4.2 4.2 微波诱导催化反应的催化剂和载体微波诱导催化反应的催化剂和载体 金属催化剂金属催化剂 S S区金属氧化物区金属氧化物 P P区金属氧化物和过渡金属氧化物区金属氧化物和过渡金属氧化物 第10页/共18页5 5 微波诱导催化技术在污染治理中的应用微波诱导催化技术在污染治理中的应用5.15.1微

12、波诱导微波诱导SO2SO2和和NOxNOx还原与酸气污染物治理还原与酸气污染物治理 目前，去除目前，去除SOSO2 2污染的方法大都采用氧化法，将污染的方法大都采用氧化法，将SOSO2 2氧化后中和除去。氧化后中和除去。采用微波诱导催化还原技术，让含有采用微波诱导催化还原技术，让含有5%SO5%SO2 2或或25%NO25%NO的空气通过在脉冲微波辐射下的空气通过在脉冲微波辐射下的催化剂（的催化剂（Ni-1401Ni-1401），），SOSO2 2即可被分解而释放出氧和硫；即可被分解而释放出氧和硫；NONO几乎可以被完全去除，产几乎可以被完全去除，产物为物为O O2 2、N N2 2以及少量的

13、以及少量的N N2 2O O。类似的技术还可以用于气态、液态和固态卤代烃类化合物。类似的技术还可以用于气态、液态和固态卤代烃类化合物的脱卤处理。的脱卤处理。第11页/共18页5.2 5.2 微波诱导催化与有机污染物去除微波诱导催化与有机污染物去除 许多有机化合物都不能直接明显地吸收微波，但可以利用某种强烈吸收微波的许多有机化合物都不能直接明显地吸收微波，但可以利用某种强烈吸收微波的“敏敏化剂化剂”把微波能传递给这些有机物而诱发微波诱导催化反应，实现对有机污染物的氧把微波能传递给这些有机物而诱发微波诱导催化反应，实现对有机污染物的氧化去除。化去除。6 6 微波杀菌消毒技术微波杀菌消毒技术6.1

14、6.1 微波的热效应微波的热效应 微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生理影响。理影响。第12页/共18页 热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加。、波能量后使热运动能量增加。、6.2 6.2 微波的非热效应微波的非

15、热效应 微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应，如电效应、磁效应及化学效应等。微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应，如电效应、磁效应及化学效应等。在微波电磁场的作用下，生物体内的一些分子会产生变形和振动，使细胞膜功能受在微波电磁场的作用下，生物体内的一些分子会产生变形和振动，使细胞膜功能受到影响，使细胞膜内外液体的电状况发生变化，引起生物作用改变，进而可影响中枢到影响，使细胞膜内外液体的电状况发生变化，引起生物作用改变，进而可影响中枢神经系统等。神经系统等。第13页/共18页6.3 6.3 微波杀菌的机理微波杀菌的机理 微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌

16、的热微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸乱，生

17、长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸RNARNA和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸DNADNA，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。变，或染色体畸变甚至断裂。第14页/共18页7 7 微波环境分析技术微波环境分析技术 溶样、消解溶样、消解8 8 微波辅助提取技术微波辅助提取技术 微波萃取的原理微波萃取的原理 它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使

18、得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中。常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中。目前，除主要用于环境样品预处理外，还用于生化、食品、工业分析和天然产物提目前，除主要用于环境样品预处理外，还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。在国内，微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少。取等领域。在国内，微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少。第15页/共18页 微波萃取的机理可从以下微波萃取的机理可从以下3 3个方面来分析：个方面来分析：微波辐射过程是高频电磁

19、波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。第16页/共18页9 9 微波氧化技术应用微波氧化技术应用9.1 9.1 污水处理污水处理 微波加热具有不需要传热、内外同热、没有热传递过程的热损失等特点，利用这些微波加热具有不需要传热、内外同热、没有热传递过程的热损失等特点，利用这些加热特性，可将微波技术有效地用于污泥、有机物染物的处理及净水剂的制备。加热特性，可将微波技术有效地用于污泥、有机物染物的处理及净水剂的制备。9.2 9.2 废气处理废气处理9.3 9.3 固态废物处理固态废物处理第17页/共18页感谢您的观看。第18页/共18页