一种微波流化反应装置及处理苯类及其衍生物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种微波流化反应装置及处理苯类及其衍生物的方法。
【背景技术】
[0002]微波是指频率为0.3GHz?300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在I毫米?I米之间的电磁波，能量介于红外与无线电波之间，能量小至可以改变微观离子的迀移和偶极子转动，大至能引起分子结构的改变，是一种非离子化的辐射能。
[0003]微波是由电场和磁场组成的电磁波，微波中的电场对物质中的微观粒子产生作用力使之极化而发生迀移或旋转。微波对于物质的作用根据物质的特性有所不同，主要表现在对微波的吸收能力和微波穿透深度。物质吸收微波能量的多少和快慢与分子的极性、材料的介电常数和磁导率等有关。极性分子由于分子内电荷分布不平衡，在微波场所中能迅速吸收微波能量。根据作用的介质不同，其渗透深度和加热温度均有不同。微波可直接进入介质内部，但微波穿透介质的深度是有限的。随着微波渗透深度的增加，微波能逐渐被吸收而损耗，微波能量密度随渗透深度的增加呈指数衰减。当能量密度衰减到零后，更深层中的物质无法吸收微波。
[0004]微波具有加热作用，可以改变极性分子的有序状态和化学键的结合强度，从而影响反应的速率和产率。但许多有机化合物都不直接明显吸收微波，所以需要利用微波诱导催化氧化作用，将某种强烈吸收微波的敏化剂把微波能传递给这些物质而诱发化学反应。
[0005]专利文献(CN201310308272)公开了一种微波下催化连续处理难降解废水的方法及其实施装置，针对微波氧化反应过程中使用固体催化剂的情况、固液难分离的情况，提出将颗粒状催化剂置于石英管催化剂柱中使污水流过石英柱的方法。此方法虽然解决了固液分离的问题，但由于催化剂置于固定位置中，所以无法使污水与催化剂充分接触。而且，由于微波在不同介质中渗透深度一定，随着微波渗透深度的增加，微波能逐渐被吸收而损耗，微波能量密度随渗透深度的增加呈指数衰减。当能量密度衰减到零后，更深层中的物料就不能被微波直接加热了。此装置无法保证颗粒状催化剂充分吸收微波能量，从而影响处理效果。
[0006]专利文献(CN201220155445)公开了一种微波式污水处理设备、专利文献(CN201110429887)公开了一种循环往复式旋流微波水处理反应腔。采用盘管式(专利文献CN201220155445)或螺旋式(专利文献CN201110429887)污水管的方法，虽然可解决微波与水均匀接触的问题，但其无法处理难降解污染物。微波可以改变微观离子的迀移和偶极子转动，但不能引起分子结构的改变，是一种非离子化的辐射能。所以只是微波存在的条件下，无法吸收微波能的物质无法进行反应。
[0007]专利文献(CN200910076721)公开一种微波辅助碱催化分解处理持久性有机污染物的方法，(CN200610151046)公开一种水处理剂与微波协同作用去除水中污染物的方法。专利文献(CN200910076721)中通过在碱催化分解工艺中对反应物进行微波辐射达到去除持久性有机污染物；专利文献(CN200610151046)中通过微波反应器进行处理提高污水中氨氮和天然有机物腐殖酸的降解充和难生物降解有机物如硝基苯的降解效率。但是两个专利文献中均没有提出针对苯类和苯类衍生物的处理方法。
[0008]因此，针对以上不足，需要一种能够使反应载体与液体充分接触微波、固液充分分离及可连续运行的微波流化反应装置及处理苯类及其衍生物的方法。
【发明内容】
[0009](一 )要解决的技术问题
[0010]本发明要解决的技术问题是提供了一种微波流化反应装置及处理苯类及其衍生物的方法，具有能够使反应载体与液体充分接触微波、固液可充分分离且可连续运行的优点。
[0011](二)技术方案
[0012]为了解决上述技术问题，本发明提供一种微波流化反应装置，其包括:
[0013]微波谐振腔；
[0014]流化反应体，所述流化反应体设置于所述微波谐振腔内，在流化反应体内设有流化反应载体；
[0015]固液分离系统，所述固液分离系统连接于流化反应体，在固液分离系统上分别设有进水口和出水口；
[0016]搅拌器，所述搅拌器上设置有推流桨，所述推流桨的一端穿过固液分离系统后伸入至流化反应体内。
[0017]其中，所述固液分离系统通过斜面体与流化反应体连接。
[0018]其中，所述流化反应体包括分别与固液分离系统连通的环腔和进水通道，所述进水通道位于环腔的中部，且与所述环腔的底部连通，所述推流桨的一端穿过固液分离系统后伸入至进水通道中。
[0019]其中，所述环腔通过支撑架固定在微波谐振腔内。
[0020]其中，所述流化反应载体包括沸石、复合铁氧体、活性炭、碳化硅中的一种或几种；所述流化反应载体的密度为0.9-1.lkg/m3。
[0021]本发明还提供一种根据所述的微波流化反应装置处理苯类及其衍生物的方法，其包括如下步骤:
[0022]S1、将待净化的水体与催化剂同时通过进水口输送至流化反应体中，并与流化反应载体充分接触；利用推流桨使流化反应载体随水体一起处于流化状态；
[0023]S2、通过微波谐振腔提供微波环境，使流化反应载体吸收微波能后在其表面形成高温区，利用高温区使水体中的苯类及苯类衍生物在催化剂的作用下发生分解、氧化反应，从而对水体进行净化；
[0024]S3、净化后的水体流入至固液分离系统，通过固液分离系统分离混合于净化水体中的流化反应载体，并使流化反应载体回流至流化反应体内继续参与反应，部分分离后的净化水体则通过出水口排出。
[0025]其中，步骤SI包括:所述催化剂包括次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸铵、三氯化铁、硫酸亚铁、高氯酸盐中的一种或者多种。
[0026]其中，步骤S2包括:调节流化反应体中溶液的pH为1-3，控制反应时间为10-120min，控制反应过程中液体温度为20_80°C。
[0027]其中，步骤S2包括:所述微波的频率包括915兆赫或2450兆赫中的一种或两种。
[0028]其中，步骤S3包括:在出水口处将净化水体的pH调至6-9。
[0029](三)有益效果
[0030]本发明的上述技术方案具有以下有益效果:本发明微波流化反应装置利用微波谐振腔提供微波环境；在流化反应体内可使反应载体和液体充分接触微波；而且，通过固液分离系统可有效实现固液分离，整体操作简单，可连续性运行；对于苯类及其衍生物的处理流程简单，反应条件不苛刻，污染物质去除率高。
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例微波流化反应装置的结构示意图；
[0032]图2为本发明实施例微波流化反应装置的俯视图。
[0033]其中，1:微波谐振腔；2:流化反应体；3:固液分离系统；4:搅拌器；5:流化反应载体；6:进水口 ；7:出水口 ；8:水流方向；21:环腔；22:进水通道；23:支撑架；31:斜面体；41:推流桨。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0035]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036]在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037]如图1-2所示，本实施例提供的微波流化反应装置，其包括微波谐振腔1、流化反应体2、固液分离系统3及搅拌器4，其中:
[0038]微波谐振腔1，用于提供微波环境，其本身并不产生微波，微波是由磁控管产生的；微波的频率包括915兆赫或2450兆赫中的一种或两种；利用微波谐振腔I不仅可起到传输微波的作用，还具有屏蔽微波以防止泄漏的作用；
[0039]流化反应体2设置于微波谐振腔I内，在流化反应体2内设有流化反应载体5，流化反应载体5作为微波的主要吸收体，在充分吸收微波能后在其表面形成“热点”(高温区)，苯类及其衍生物的化学反应主要在“热点”进行。
[0040]固液分离系统3连接于流化反应体2，在固液分离系统3上分别设有进水口 6和出水口 7 ;污水可通过进水口 6进入流化反应体2内，出水口 7用于排出净化后的水体；
[0041 ] 搅拌器4上设置有推流桨41，推流桨41的一端穿过固液分离系统3后伸入至流化反应体2内，搅拌器4通过驱动推流桨41旋转搅拌使得流化反应载体5处于流化状态。所谓流化状态就是利用流动流体的作用，将载体粒子悬浮起来，从而使载体颗粒具有某些流体表观特征，使流化反应载体5与液体充分接触微波。同时，推流桨41也会提供给液体一定的流速，使液体在流化反应体2中循环流动。
[0042]值得说明的是，流化反应载体5可以采用微波吸收材料制成，其形式并不局限于某种特定形式，包括沸石、复合铁氧体、活性炭、碳化硅中的一种或几种混合物。流化反应载体5的密度可以为0.9-1.1kg/m3之间。
[0043]本实施例中固液分离系统3通过斜面体31与流化反应体2连接。固液分离系统3的形状类似于漏斗的形状，进水口 6和出水口 7分别位于其上方。流化反应体2包括分别与固液分离系统3连通的环腔21和进水通道22 ;进水通道22位于环腔21的中部，且与环腔21的底部连通，推流桨41的一端穿过固液分离系统3后伸入至进水通道22中。水体进入进水口 6后的水流方向8如图1所示，箭头表示流向，具体可总结为先自上而下、再自下而上，并可循流动。
[0044]而且，推流桨41可将进水向下推，由于流化反应载体5的密度在0.9-1.lkg/m3之间，所以其可随水流一起流