淺談環(huán)境污染控制中自由基的運用

吳永紅

（大慶市薩爾圖區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站，黑龍江 大慶 163311）

1 自由基與人類的健康的關系

簡單的說，在我們這個由原子組成的世界中，有一個特別的法則，這就是，只要有兩個以上的原子組合在一起，它的外圍電子就一定要配對，如果不配對，它們就要去尋找另一個電子，使自己變成穩(wěn)定的元素?？茖W家們把這種有著不成對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的。我們的身體每時每刻都從里到外的運動，每一瞬間都在燃燒著能量，而負責傳遞能量的搬運工就是自由基。當這些幫助能量轉換的自由基被封閉在細胞里不能亂跑亂竄時，它們對生命是無害的。但如果自由基的活動失去控制，超過一定的量，生命的正常秩序就會被破壞，疾病可能就會隨之而來。

所以說自由基是一把雙刃劍。認識自由基，了解自由基對人體的作用，對健康十分必要。自由基屬一類化學物種,人們對其來源和反應特征進行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)自由基具有強大氧化能力。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。因此,自由基在污染治理中的應用近年來已經(jīng)成為人們的研究熱點，主要體現(xiàn)在等離子技術、光催化技術和高級氧化技術(AOP)在污染治理中的應用。

2 自由基的產(chǎn)生在治理大氣污染中的應用

2.1 等離子體技術中自由基的產(chǎn)生

等離子技術是大氣污染治理中的一項新興技術，其核心是通過適當方式產(chǎn)生等離子體，依靠等離子體內部的微觀物理化學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、介質阻擋強電離放電。

（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，其中的次級電子、電離離子、激發(fā)粒子和活性自由基與污染物反應，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，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）介質阻擋強電離放電。電極上用冷等離子體涂上電介質薄層，兩電極上加上足夠高的電壓，電極間的氣體就會被擊穿，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 光催化技術中自由基的產(chǎn)生

當以光子能量大于或等于TiO2的能帶隙的光輻照TiO2時，TiO2價帶的電子被激發(fā)到導帶，在TiO2-H2O的體系中會發(fā)生一系列表面反應，生成·H和O2。

2.3 高級氧化技術中自由基的產(chǎn)生

水處理技術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)境污染治理技術中的應用

3.1 自由基在煙氣脫硫脫氮技術中的應用

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的熱反應兩條途徑來實現(xiàn)，使脫硫率達到70%～90%。

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

直流電暈放電的應用。直流電暈法的優(yōu)點是反應剩余的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。此外該法不會激活其他氣體分子，因而提高了能量的利用率。

介質阻擋強電離放電的應用。白希堯等做了強電場電離脫硫的試驗，煙氣在反應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，并與其反應生成胺鹽微粒，由電極捕集。SO2的脫除率達90%，胺鹽回收率達到88%。

3.2 自由基在有機廢氣治理技術中的應用

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

3.3 自由基在廢水處理技術中的應用

光化學氧化法。是一種成熟的將自由基反應用于水處理的技術。UV/H2O2系統(tǒng)對有機物的氧化作用主要通過脫氫反應、親電加成、電子轉移來實現(xiàn)。UV/H2O2系統(tǒng)能有效地氧化難處理的有機物，UV/H2O2可用于去除蒸餾水和自來水中天然存在的有機物；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物的廢水，有很好的效果。同時，有研究表明，UV/O3工藝對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/微臭氧工藝對飲用水的處理能力接近于UV/O3系統(tǒng)工藝，設備簡單，投資少，是一種很有前途的飲用水凈化工藝。UV/H2O2/O3系統(tǒng)應用于對多種工業(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合的預處理或凈化步驟。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。

自由基在電化學氧化技術中的應用利用電化學氧化技術處理廢水，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、含有機氯化物等的有機廢水，去除率高達96%～97%。

超聲波氧化技術超聲波氧化法對有機物的降解是通過·H氧化、氣泡內燃燒和超臨界水氧化三種途徑來實現(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。

[1]趙毅，秦冬莉，鐘統(tǒng)林，馬天忠.自由基在環(huán)境污染控制技術中的應用華北電力大學環(huán)境科學與工程學院 [M].華北電力大學學報，2004-09-30.