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瓦斯是威胁煤矿安全生产和矿工生命的最大灾害源,其主要成分是甲烷。作为一种温室气体,甲烷引起的温室效应是同等质量二氧化碳的20-30倍。甲烷是正四面体非极性分子,仅由非活性的C-H键组成,常态下不易降解。本文采用Fenton试剂氧化降解矿井瓦斯,在自制鼓泡反应器内进行了Fenton试剂氧化降解煤矿瓦斯气体的初步实验,并建立反应动力学方程探索Fenton试剂氧化降解矿井瓦斯反应机理,为矿井瓦斯的绿色治理技术提供了重要的基础数据。主要研究内容如下: (1)以 Fenton试剂产生的羟基自由基为氧化剂,研究了反应时间、H2O2浓度、Fe2+浓度、初始pH值、反应温度T等因素对Fenton试剂氧化降解煤矿瓦斯降解效率的影响,通过正交试验确定了各因素的影响程度。 (2)建立亚甲蓝分光光度法测定Fenton试剂氧化降解瓦斯反应体系中·OH含量,所产生的羟基自由基与亚甲蓝作用后使其吸光度降低,利用吸光度值的变化间接测定·OH表观生成率,系统研究 H2O2浓度、Fe2+浓度、初始 pH值、反应温度等因素对·OH表观生成率的影响,以及甲烷降解率与·OH表观生成率的相互关系。 (3)通过对Fenton试剂氧化降解甲烷的降解率与时间变化关系进行非线性拟合,结果表明其反应动力学规律符合Boltzmann方程,参数dx随着Fe2+浓度、H2O2浓度的增大而减小、甲烷降解速率不断增大,曲线将呈现陡增型,而且方程中的参数dx即为影响Fenton试剂氧化降解甲烷效果的浓度经验校正系数k0,从而得到不同反应条件下甲烷降解率的定量计算公式。 (4)根据Fenton试剂氧化反应的自由基链反应特性,运用幂函数动力学模型考察了 c(H2O2)0、c(Fe2+)0、反应温度等对甲烷氧化降解效率的影响。采用一级反应动力学方程拟合 Fenton试剂降解瓦斯的氧化反应动力学方程,得到羟基自由基·OH氧化甲烷的表观活化能为7.065×103 J/mol,对H2O2与Fe2+的反应级数分别为0.5334和0.4630。甲烷降解率的实验值与模型预测值拟合程度很高,相关系数在0.98以上。