浅谈环境污染控制中自由基的运用

吴永红

（大庆市萨尔图区环境保护监测站，黑龙江 大庆 163311）

1 自由基与人类的健康的关系

简单的说，在我们这个由原子组成的世界中，有一个特别的法则，这就是，只要有两个以上的原子组合在一起，它的外围电子就一定要配对，如果不配对，它们就要去寻找另一个电子，使自己变成稳定的元素。科学家们把这种有着不成对的电子的原子或分子叫做自由基。

一般情况下，生命是离不开自由基活动的。我们的身体每时每刻都从里到外的运动，每一瞬间都在燃烧着能量，而负责传递能量的搬运工就是自由基。当这些帮助能量转换的自由基被封闭在细胞里不能乱跑乱窜时，它们对生命是无害的。但如果自由基的活动失去控制，超过一定的量，生命的正常秩序就会被破坏，疾病可能就会随之而来。

所以说自由基是一把双刃剑。认识自由基，了解自由基对人体的作用，对健康十分必要。自由基属一类化学物种,人们对其来源和反应特征进行了广泛研究，发现自由基具有强大氧化能力。近几年将其用于环境污染物的处理，可降解环境中的大多数有机物，生成CO2和H2O,无二次污染物产生,且操作条件容易控制。这些都是许多传统污染治理方法无法比拟的优点。因此,自由基在污染治理中的应用近年来已经成为人们的研究热点，主要体现在等离子技术、光催化技术和高级氧化技术(AOP)在污染治理中的应用。

2 自由基的产生在治理大气污染中的应用

2.1 等离子体技术中自由基的产生

等离子技术是大气污染治理中的一项新兴技术，其核心是通过适当方式产生等离子体，依靠等离子体内部的微观物理化学过程来脱除大气中的污染物，如SO2和NO等。活性自由基等作为等离子体的重要组成部分，在污染物脱除过程中起着重要的氧化作用。等离子体产生的方法主要有电子束法、脉冲电晕法、直流电晕放电、介质阻挡强电离放电。

（1）电子束法。通过电子加速器产生高能电子束，照射待处理气体，高能电子与气体分子碰撞，发生离解，形成非平衡等离子体，其中的次级电子、电离离子、激发粒子和活性自由基与污染物反应，使之氧化去除。

（2）脉冲电晕法。用高压窄脉冲电压发生器产生大量2～20eV的电子。

（3）直流电晕放电。利用直流高压使电极之间产生不均匀电场，从而引起放电，使电极之间的气体分子电离，形成非平衡等离子体。

（4）介质阻挡强电离放电。电极上用冷等离子体涂上电介质薄层，两电极上加上足够高的电压，电极间的气体就会被击穿，从而放电。气体放电过程中产生的·OH，HO2o，O，O3等活性粒子可以氧化SO2，NO等。

2.2 光催化技术中自由基的产生

当以光子能量大于或等于TiO2的能带隙的光辐照TiO2时，TiO2价带的电子被激发到导带，在TiO2-H2O的体系中会发生一系列表面反应，生成·H和O2。

2.3 高级氧化技术中自由基的产生

水处理技术研究的其核心在于产生大量·H来降解水中难降解的有机物，如苯系物、聚甲基丙烯酸、磺化丫嗪、染料等。

3 自由基在环境污染治理技术中的应用

3.1 自由基在烟气脱硫脱氮技术中的应用

电子束法在烟气脱硫脱氮方面有较好的效果。如果在烟气中加入适量的氨气作为脱SO2和NO的添加剂，则SO2的脱除可以通过辐照诱发和NH3与O的热反应两条途径来实现，使脱硫率达到70%～90%。

脉冲电晕法的应用。脉冲电压波形与非平衡等离子体形态有密切关系，所以脉冲电压的选择很重要，脉冲电晕法设备简单，可以用于静电除尘设备的改造，将除尘脱硫脱氮集为一体。

直流电晕放电的应用。直流电晕法的优点是反应剩余的NH3可以与氧化产物H2SO4，HNO3生成硫胺和硝胺化合物，从而减少NH3的排放。此外该法不会激活其他气体分子，因而提高了能量的利用率。

介质阻挡强电离放电的应用。白希尧等做了强电场电离脱硫的试验，烟气在反应器中放电离解成等离子体，充满了·H，HO2o，O等活性粒子，将SO2，NO氧化为硫酸和硝酸，并与其反应生成胺盐微粒，由电极捕集。SO2的脱除率达90%，胺盐回收率达到88%。

3.2 自由基在有机废气治理技术中的应用

二恶英是一种含氯的强毒性有机化学物质，给人类和生物带来极大的危害。将电子束技术应用于处理由于垃圾焚烧产生的二恶英，脱除效率达到了90%，同时将处理成本降低了三分之一。据报道有人利用脉冲电晕非平衡等离子体与催化反应的协同效应处理有机废气，取得了良好的效果，在提高有机废气净化率的同时降低了能耗，此技术在处理低浓度、大流量的有机废气时尤为经济。恶臭污染是某些行业中常见的污染，导致恶臭的物质是各种醛类芳香族类等有机物，通过光催化化学反应可以将其去除。此外，自由基还可以引发大气层中的一些有害物质的反应从而使之转化或去除。

3.3 自由基在废水处理技术中的应用

光化学氧化法。是一种成熟的将自由基反应用于水处理的技术。UV/H2O2系统对有机物的氧化作用主要通过脱氢反应、亲电加成、电子转移来实现。UV/H2O2系统能有效地氧化难处理的有机物，UV/H2O2可用于去除蒸馏水和自来水中天然存在的有机物；降低过沸循环水中的TOC；处理重度污染工业废水；降解制革废水及其中溶解的角蛋白；处理漂白纸浆及石油炼制的废水；降解纺织业废水，脱色处理等等。UV/H2O2系统是一种经济的水处理系统，能将污染物彻底无害化，UV/O3系统处理含生物难降解有机物的废水，有很好的效果。同时，有研究表明，UV/O3工艺对饮用水中的三氯甲烷、四氯化碳、芳香族化合物、氯苯类化合物、五氯苯酚等有机污染物有令人满意的效果。其原理是，用干燥净化后的空气流，在紫外光的直接辐射下产生一定的臭氧，以空气和微臭氧的混合气体作为氧化剂，在紫外光的作用下协同处理饮用水。UV/微臭氧工艺对饮用水的处理能力接近于UV/O3系统工艺，设备简单，投资少，是一种很有前途的饮用水净化工艺。UV/H2O2/O3系统应用于对多种工业废水和受污染地下水的处理，它既可用于全程处理，也可用于与其他工艺结合的预处理或净化步骤。UV/H2O2/O3系统还可用于多种农药TNT，卤代烃和其他一些化合物的氧化。

自由基在电化学氧化技术中的应用利用电化学氧化技术处理废水，以前主要用于回收废水中的重金属，现在随着电力工业的发展，可以用来处理含酚、含苯胺、含染料、含有机氯化物等的有机废水，去除率高达96%～97%。

超声波氧化技术超声波氧化法对有机物的降解是通过·H氧化、气泡内燃烧和超临界水氧化三种途径来实现的。有研究表明，用超声波法与光氧化法联合处理苯酚废水有较好效果，说明超声波与紫外线具有协同效应。

[1]赵毅，秦冬莉，钟统林，马天忠.自由基在环境污染控制技术中的应用华北电力大学环境科学与工程学院 [M].华北电力大学学报，2004-09-30.