超臨界水氧化技術(shù)的研究
通常情況下，水以蒸汽、液態(tài)和冰三種常見(jiàn)的狀態(tài)存在，且是極性溶劑，可以溶解包括鹽在內(nèi)的大多數(shù)電解質(zhì)，對(duì)氣體和大多數(shù)有機(jī)物則微溶或不溶。液態(tài)水的密度幾乎不隨壓力升高而改變。但是如果將水的溫度和壓力升高到臨界點(diǎn)（Tc=374.3℃，Pc=22.1MPa）以上，水的性質(zhì)發(fā)生了變化，其密度、介電常數(shù)、黏度、擴(kuò)散系數(shù)、熱導(dǎo)率和溶解性等都不同于普通水。
通過(guò)測(cè)定水在亞臨界到超臨界區(qū)的介電常數(shù)、離子解離常數(shù)及Raman光譜可探索水的溶劑性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:水的定態(tài)介電常數(shù)從常溫的80變到臨界點(diǎn)的5-10，在450℃或更高時(shí)降到2左右。離子解離常數(shù)從室溫的10到近臨界區(qū)的10，而在超臨界區(qū)變成10。水的Raman光譜結(jié)果也表明在超臨界狀態(tài)下水中只剩下少部分氫鍵。這些結(jié)果意味著水的行為與非極性壓縮氣體相近，其溶劑性質(zhì)與低極性有機(jī)物相似。因而，碳?xì)浠衔?/a>在超臨界水中通常有很高的溶解度。例如，在25℃時(shí)，苯在水中的溶解度為0.07%,295℃時(shí)上升為35%，在300℃時(shí)即超越苯一水混合物的臨界點(diǎn)，只存在一個(gè)相，因此，任何比例的組分都是互溶的。同理，在375℃以上，超臨界水可與氧氣、空氣和氮?dú)饧坝袡C(jī)物以任意比例互溶。
與有機(jī)物的高溶解度相比，無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度非常低，并且隨水的介電常數(shù)減小而減小，當(dāng)溫度大于475℃時(shí)，無(wú)機(jī)物在超臨界水中的溶解度急劇減小，呈鹽類(lèi)析出或以濃縮鹽水的形式存在。如NaCl在300℃水中的溶解度為37%，而在550℃和25MPa的水中的溶解度為120mg/L，其原因主要是由水的低介電常數(shù)和離子解離常數(shù)造成的。同時(shí)，在超臨界水中溶解的無(wú)機(jī)鹽溶質(zhì)具有不同于常溫常壓下的特殊性，對(duì)于等壓條件下的溫度上升，水的介電常數(shù)會(huì)降低，有利于溶質(zhì)的締合；相反，等溫條件下壓力的上升有利于溶質(zhì)的分解。在高溫低壓的超臨界條件下，當(dāng)水的介電常數(shù)小于15時(shí)，水中溶解的溶質(zhì)會(huì)發(fā)生大規(guī)模的締合作用，即常溫常壓下的強(qiáng)電解質(zhì)在高溫低壓的超臨界條件下會(huì)變?yōu)槿蹼娊赓|(zhì)，而室溫下的弱電解質(zhì)則形成中性的締合的配合物。
由于超臨界水的非凡的溶解能力、可壓縮性和傳質(zhì)特性，使它成為一種具有非?；钚缘漠惡鯇こ５姆磻?yīng)介質(zhì)。顯示了超臨界水與普通水的溶解能力對(duì)比。
超臨界水氧化技術(shù)是在溫度、壓力高于水的臨界溫度(374.3℃)和臨界壓力(22.1MPa)條件下，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)來(lái)氧化分解有機(jī)物。在超臨界水氧化過(guò)程中，由于超臨界水對(duì)有機(jī)物和氧氣都是*的溶劑，因此有機(jī)物的氧化可以在富氧的均一相中進(jìn)行，反應(yīng)不會(huì)因相間轉(zhuǎn)移而受限制。同時(shí)較高的反應(yīng)溫度也使反應(yīng)速率加快，在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，有機(jī)物的去除率可以達(dá)到99.99%以上。在氧化過(guò)程中，有機(jī)污染物中的C, H元素轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水；N, S, P和鹵素等雜原子氧化生成氣體、含氧酸或鹽；在超臨界水中鹽類(lèi)以濃縮鹽水溶液的形式存在或形成固體顆粒而析出，超臨界流體中的水經(jīng)過(guò)冷卻后成為清潔水。因而，超臨界水氧化技術(shù)是在不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物情況下*降解有機(jī)污染物的一種新方法。
從理論上講，SCWO技術(shù)適用于處理任何含有機(jī)污染物的廢物：高濃度的有機(jī)廢液、有機(jī)蒸汽、有機(jī)固體、有機(jī)廢水、污泥、懸浮有機(jī)溶液或吸附了有機(jī)物的無(wú)機(jī)物；廢水中的有機(jī)物和氧化劑(02，H202)在單一相中反應(yīng)生成CO2和H2O；出現(xiàn)在有機(jī)物中的雜原子氯、硫和磷分別被轉(zhuǎn)化為HCl,H2SO4和H3PO4，有機(jī)氮主要形成N2；在超臨界水的氧化環(huán)境不產(chǎn)生N2O。因此SCWO過(guò)程無(wú)需尾氣處理，不會(huì)造成二次污染。另外，當(dāng)廢水中的有機(jī)物濃度大于2%時(shí)，可利用反應(yīng)放出的熱維持過(guò)程的熱平衡，從而實(shí)現(xiàn)自熱反應(yīng)。
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