淺談環(huán)境污染控制中自由基的運(yùn)用

吳永紅

（大慶市薩爾圖區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，黑龍江 大慶 163311）

1 自由基與人類的健康的關(guān)系

簡(jiǎn)單的說，在我們這個(gè)由原子組成的世界中，有一個(gè)特別的法則，這就是，只要有兩個(gè)以上的原子組合在一起，它的外圍電子就一定要配對(duì)，如果不配對(duì)，它們就要去尋找另一個(gè)電子，使自己變成穩(wěn)定的元素?？茖W(xué)家們把這種有著不成對(duì)的電子的原子或分子叫做自由基。

一般情況下，生命是離不開自由基活動(dòng)的。我們的身體每時(shí)每刻都從里到外的運(yùn)動(dòng)，每一瞬間都在燃燒著能量，而負(fù)責(zé)傳遞能量的搬運(yùn)工就是自由基。當(dāng)這些幫助能量轉(zhuǎn)換的自由基被封閉在細(xì)胞里不能亂跑亂竄時(shí)，它們對(duì)生命是無害的。但如果自由基的活動(dòng)失去控制，超過一定的量，生命的正常秩序就會(huì)被破壞，疾病可能就會(huì)隨之而來。

所以說自由基是一把雙刃劍。認(rèn)識(shí)自由基，了解自由基對(duì)人體的作用，對(duì)健康十分必要。自由基屬一類化學(xué)物種,人們對(duì)其來源和反應(yīng)特征進(jìn)行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)自由基具有強(qiáng)大氧化能力。近幾年將其用于環(huán)境污染物的處理，可降解環(huán)境中的大多數(shù)有機(jī)物，生成CO2和H2O,無二次污染物產(chǎn)生,且操作條件容易控制。這些都是許多傳統(tǒng)污染治理方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此,自由基在污染治理中的應(yīng)用近年來已經(jīng)成為人們的研究熱點(diǎn)，主要體現(xiàn)在等離子技術(shù)、光催化技術(shù)和高級(jí)氧化技術(shù)(AOP)在污染治理中的應(yīng)用。

2 自由基的產(chǎn)生在治理大氣污染中的應(yīng)用

2.1 等離子體技術(shù)中自由基的產(chǎn)生

等離子技術(shù)是大氣污染治理中的一項(xiàng)新興技術(shù)，其核心是通過適當(dāng)方式產(chǎn)生等離子體，依靠等離子體內(nèi)部的微觀物理化學(xué)過程來脫除大氣中的污染物，如SO2和NO等?；钚宰杂苫茸鳛榈入x子體的重要組成部分，在污染物脫除過程中起著重要的氧化作用。等離子體產(chǎn)生的方法主要有電子束法、脈沖電暈法、直流電暈放電、介質(zhì)阻擋強(qiáng)電離放電。

（1）電子束法。通過電子加速器產(chǎn)生高能電子束，照射待處理氣體，高能電子與氣體分子碰撞，發(fā)生離解，形成非平衡等離子體，其中的次級(jí)電子、電離離子、激發(fā)粒子和活性自由基與污染物反應(yīng)，使之氧化去除。

（2）脈沖電暈法。用高壓窄脈沖電壓發(fā)生器產(chǎn)生大量2～20eV的電子。

（3）直流電暈放電。利用直流高壓使電極之間產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，從而引起放電，使電極之間的氣體分子電離，形成非平衡等離子體。

（4）介質(zhì)阻擋強(qiáng)電離放電。電極上用冷等離子體涂上電介質(zhì)薄層，兩電極上加上足夠高的電壓，電極間的氣體就會(huì)被擊穿，從而放電。氣體放電過程中產(chǎn)生的·OH，HO2o，O，O3等活性粒子可以氧化SO2，NO等。

2.2 光催化技術(shù)中自由基的產(chǎn)生

當(dāng)以光子能量大于或等于TiO2的能帶隙的光輻照TiO2時(shí)，TiO2價(jià)帶的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，在TiO2-H2O的體系中會(huì)發(fā)生一系列表面反應(yīng)，生成·H和O2。

2.3 高級(jí)氧化技術(shù)中自由基的產(chǎn)生

水處理技術(shù)研究的其核心在于產(chǎn)生大量·H來降解水中難降解的有機(jī)物，如苯系物、聚甲基丙烯酸、磺化丫嗪、染料等。

3 自由基在環(huán)境污染治理技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 自由基在煙氣脫硫脫氮技術(shù)中的應(yīng)用

電子束法在煙氣脫硫脫氮方面有較好的效果。如果在煙氣中加入適量的氨氣作為脫SO2和NO的添加劑，則SO2的脫除可以通過輻照誘發(fā)和NH3與O的熱反應(yīng)兩條途徑來實(shí)現(xiàn)，使脫硫率達(dá)到70%～90%。

脈沖電暈法的應(yīng)用。脈沖電壓波形與非平衡等離子體形態(tài)有密切關(guān)系，所以脈沖電壓的選擇很重要，脈沖電暈法設(shè)備簡(jiǎn)單，可以用于靜電除塵設(shè)備的改造，將除塵脫硫脫氮集為一體。

直流電暈放電的應(yīng)用。直流電暈法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)剩余的NH3可以與氧化產(chǎn)物H2SO4，HNO3生成硫胺和硝胺化合物，從而減少NH3的排放。此外該法不會(huì)激活其他氣體分子，因而提高了能量的利用率。

介質(zhì)阻擋強(qiáng)電離放電的應(yīng)用。白希堯等做了強(qiáng)電場(chǎng)電離脫硫的試驗(yàn)，煙氣在反應(yīng)器中放電離解成等離子體，充滿了·H，HO2o，O等活性粒子，將SO2，NO氧化為硫酸和硝酸，并與其反應(yīng)生成胺鹽微粒，由電極捕集。SO2的脫除率達(dá)90%，胺鹽回收率達(dá)到88%。

3.2 自由基在有機(jī)廢氣治理技術(shù)中的應(yīng)用

二惡英是一種含氯的強(qiáng)毒性有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，給人類和生物帶來極大的危害。將電子束技術(shù)應(yīng)用于處理由于垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英，脫除效率達(dá)到了90%，同時(shí)將處理成本降低了三分之一。據(jù)報(bào)道有人利用脈沖電暈非平衡等離子體與催化反應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)處理有機(jī)廢氣，取得了良好的效果，在提高有機(jī)廢氣凈化率的同時(shí)降低了能耗，此技術(shù)在處理低濃度、大流量的有機(jī)廢氣時(shí)尤為經(jīng)濟(jì)。惡臭污染是某些行業(yè)中常見的污染，導(dǎo)致惡臭的物質(zhì)是各種醛類芳香族類等有機(jī)物，通過光催化化學(xué)反應(yīng)可以將其去除。此外，自由基還可以引發(fā)大氣層中的一些有害物質(zhì)的反應(yīng)從而使之轉(zhuǎn)化或去除。

3.3 自由基在廢水處理技術(shù)中的應(yīng)用

光化學(xué)氧化法。是一種成熟的將自由基反應(yīng)用于水處理的技術(shù)。UV/H2O2系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的氧化作用主要通過脫氫反應(yīng)、親電加成、電子轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)。UV/H2O2系統(tǒng)能有效地氧化難處理的有機(jī)物，UV/H2O2可用于去除蒸餾水和自來水中天然存在的有機(jī)物；降低過沸循環(huán)水中的TOC；處理重度污染工業(yè)廢水；降解制革廢水及其中溶解的角蛋白；處理漂白紙漿及石油煉制的廢水；降解紡織業(yè)廢水，脫色處理等等。UV/H2O2系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)的水處理系統(tǒng)，能將污染物徹底無害化，UV/O3系統(tǒng)處理含生物難降解有機(jī)物的廢水，有很好的效果。同時(shí)，有研究表明，UV/O3工藝對(duì)飲用水中的三氯甲烷、四氯化碳、芳香族化合物、氯苯類化合物、五氯苯酚等有機(jī)污染物有令人滿意的效果。其原理是，用干燥凈化后的空氣流，在紫外光的直接輻射下產(chǎn)生一定的臭氧，以空氣和微臭氧的混合氣體作為氧化劑，在紫外光的作用下協(xié)同處理飲用水。UV/微臭氧工藝對(duì)飲用水的處理能力接近于UV/O3系統(tǒng)工藝，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，是一種很有前途的飲用水凈化工藝。UV/H2O2/O3系統(tǒng)應(yīng)用于對(duì)多種工業(yè)廢水和受污染地下水的處理，它既可用于全程處理，也可用于與其他工藝結(jié)合的預(yù)處理或凈化步驟。UV/H2O2/O3系統(tǒng)還可用于多種農(nóng)藥TNT，鹵代烴和其他一些化合物的氧化。

自由基在電化學(xué)氧化技術(shù)中的應(yīng)用利用電化學(xué)氧化技術(shù)處理廢水，以前主要用于回收廢水中的重金屬，現(xiàn)在隨著電力工業(yè)的發(fā)展，可以用來處理含酚、含苯胺、含染料、含有機(jī)氯化物等的有機(jī)廢水，去除率高達(dá)96%～97%。

超聲波氧化技術(shù)超聲波氧化法對(duì)有機(jī)物的降解是通過·H氧化、氣泡內(nèi)燃燒和超臨界水氧化三種途徑來實(shí)現(xiàn)的。有研究表明，用超聲波法與光氧化法聯(lián)合處理苯酚廢水有較好效果，說明超聲波與紫外線具有協(xié)同效應(yīng)。

[1]趙毅，秦冬莉，鐘統(tǒng)林，馬天忠.自由基在環(huán)境污染控制技術(shù)中的應(yīng)用華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 [M].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2004-09-30.