近年来，采用高电压技术降解水中的有机污染物正逐渐成为一个新兴的研究领域，开发出来的新技术也正逐步得到应用。这些技术包括电化学方法、火花或者弧光放电技术、辉光放电、电介质放电、电晕等离子体技术等，这些方法不仅用于水体污染的治理和控制，还用于自来水的消毒。 这些方法属于高级氧化技术，它的研究重点大多侧重于用某种反应器产生出具有高氧化电位的自由基和分子形态的氧化剂，比如·OH，·O，O3和H2O2等，这些氧化剂能有效、彻底地氧化水中的有机物。其中最强的氧化剂是羟基自由基，其次是原子氧和臭氧。羟基自由基和臭氧在降解水中有机污染物方面起着十分重要的作用。过氧化氢在净化有机污染物方面也有十分重要的作用，因为，在铁离子的存在下通过Fenton反应可以产生出羟基自由基。 在脉冲放电等离子体高级氧化技术的工艺过程中，有几种氧化途径同时在起作用。一方面脉冲放电产生的低温等离子体中存在着大量的、各种各样的活性自由基和分子状的氧化剂的氧化作用，比如·OH、·H、·O、1O2、·HO2、H2O2、O3等等，另一方面，冲击波的直接冲击、等离子体通道内的热分解、等离子体表面强紫外光的光解、以及发生在等离子体产生的气泡内的超临界氧化等，所有这些过程共同作用氧化水中有机污染物质。 用于水污染物净化的反应器主要有两种，它们分别是气相和液相脉冲等离子体放电反应器，这些反应器主要包含针-盘式(单针或者多针)和环-桶式反应器两种。在水相中放电的反应器通常要在反应器的外围加上一个冷却用的夹套，以保证反应器内的溶液的温度处于室温状态。在水相中放电的能量消耗是在气相中放电的十多倍，这些能量主要消耗在水的加热、蒸发、和气泡的产生等方面；在气相放电时产生的氧化剂可以扩散到水溶液中，对溶液中的污染物进行净化。研究结果证明高压脉冲放电水处理高级氧化技术是一种经济有效、环境友好的新技术，并具有很大的发展潜力和应用前景。 为了研究放电净化污染物的影响因素和提高其处理效果，人们的研究主要集中在反应器的设计、放电过程和净化机理，以及对自由基的测定等几个方面。在气相中放电时，不同的气相条件对产生的自由基的种类和数量有不同的影响，气体类型主要有纯氧、纯氩气和氢气等；溶液中某些离子如碳酸根离子、磷酸根离子等会消耗溶液中的自由基。但是，有关在空气中电晕放电对溶液中污染物的净化机理等方面的研究还不够彻底，水处理用的反应器还不能够用于实际过程。 苯酚是具有较高毒性和具有苯环结构的有机物，在水处理领域是较为普遍存在和重点处理的有机污染物之一，人们在多种水处理技术中都用苯酚作为研究对象。 为此，本论文重点研究气相电晕放电对苯酚的净化过程，研制了新型的双膜转盘式脉冲等离子体反应器，比较系统地研究了有关电晕放电净化苯酚的影响因素，并对有关参数和机理进行了系统和深入的研究。在以下几个方面取得了一些有价值的研究进展： (1)设计了一种新型反应器。这种反应器采用不锈钢圆盘作放电极的接地极，并使其处于两个完全等同的刷状电极的正中间，采用气相放电方式，以降低能量消耗。圆盘电极下半部处于水溶液中，上半部在气相中，在调速电动机的带动下圆盘电极在两个刷状电极之间不断地匀速旋转，将水溶液从反应器中连续带出，并在其表面形成完整的水膜，电晕形成的等离子体中的电子束、冲击波、紫外光以及产生的各种氧化性自由基和分子状氧化剂等共同直接作用于水膜。由于转盘的不断旋转，盘上的水膜不断更新，污染物也不断得到净化。转盘的转速对氧化效果影响很大，过低或者过高时反应器的效率都会降低，在转速为120-160转/分范围内效率最大。反应器加盖时有利于提高去除效率，增加放电频率也会提高降解率。这种反应器易于工业放大，具有一定的实用价值。 (2)详细研究了电晕放电处理苯酚的反应条件，尤其是氢氧根离子在苯酚降解中的重要作用，找出了影响苯酚降解的主要因素，提出了新的反应机理。在气相中电晕放电时，空气中的氮气电离产生氮氧自由基，并进一步在水溶液中形成硝酸。硝酸的增加，使溶液的pH值不断下降，导致苯酚的降解速率也不断下降。当在碱性蒸馏水中电晕放电时，溶液中的氧化剂的浓度随碱性的提高而提高，这种现象是传统的机理所不能够解释的。传统机理认为，电晕过程中的强氧化性的羟基自由基是由水分子直接解离产生的。为此，在实验现象的基础上，我们提出了一种新的观点，并利用水分子的能级理论对这种观点的可能性进行了理论上的分析。这种观点的主要内容是：气相水蒸气中和水溶液表面的氢氧根离子在电晕等离子体中高能粒子的作用下，失去电子变成羟基自由基，羟基自由基的强氧化性将苯酚等污染物降解。 (3)在空气中放电必然要产生氮氧化物，氮氧化物自由基又会对苯酚有一定的降解作用，但是，硝酸盐氮是导致水体富营养化的主要因素之一，其存在既有利又有弊。该研究详细研究了氮氧化物的形成、作用和消除方法，以及消除氮氧化物后对苯酚降解效果的影响。结果表明，通过抽气的方法可以将溶液中的氮氧化物浓度减少94﹪左右，当氮氧化物被气体带走时，气相中产生的其它氧化性自由基也会按相同的比例被带走，而实际上，苯酚的降解率仅仅下降了不足20﹪。由此得出另一条重要结论：气相电晕放电净化水污染物时，产生氧化性自由基和分子状氧化剂的主要来源不是气相本体而是等离子体对溶液表面附近边界层中的水蒸气或者是对水溶液表面分子的直接作用。 (4)气相电晕放电对有机物的净化过程是很复杂的，是多种途径的综合作用，这种途径包括：等离子体的冲击波、紫外线、电子束照射、气体电离产生的自由基和分子状氧化剂、超临界氧化等，该研究首次将上述过程归纳为三类，并设计一种装置，将这三类途径对苯酚的氧化效果的贡献加以估算，其结果是，通过气相本体中气体电离产生的氧化性物质对溶液中苯酚的降解贡献不到10﹪，由放电产生的紫外线对苯酚降解的贡献占的比例不到1﹪，而通过等离子体对水溶液表面和表面附近水蒸气的直接照射而导致的苯酚的降解是主要途径，占到90﹪以上。这个结论对指导电晕放电水处理的实践具有重要指导意义，即在气相放电时气体的种类不是重要的影响因素，而主要影响因素是溶液的性质，因此，通过在纯氧中放电的方法来提高净化效果不是有效办法。 (5)实验结果还表明，在实验条件下苯酚在碱性缓冲溶液中能较好的符合一级动力学方程，而在非缓冲碱性溶液中，只有前二十分钟内能较好的符合。这是因为在空气中放电时可导致氮气电离，最终会在水溶液中形成一定的硝酸，降低溶液的pH值；溶液pH值的降低又会导致苯酚降解速度的下降。