微波作为一种加热手段在食品加工、有机合成、冶金化工、能源环保等领域都有广泛的应用,究其原因,除了具有选择性加热、加热迅速等特点外,微波辐照过程中还存在一些明显区别于常规加热的特性效应,比如热点效应、等离子体效应、降能效应等。水溶液作为多数化学反应的载体,对其物理化学性质的研究一直是学术界的热点,本文在使用冷却介质法和变功率法建立微波恒温反应系统的基础上,分别研究了水溶液在平衡状态(无化学反应进行)和非平衡状态(有化学反应进行)时微波辐照下各物理化学参数的变化规律,验证了微波作用过程中存在的特性效应及其作用机理,为微波加热技术更广泛的应用提供了理论基础。首先,在平衡状态下实验研究了微波对电解质溶液物理参数的影响,通过单因素实验分析了不同条件下溶液电导率的变化规律,研究发现:强电解质溶液在微波作用下电导率有升高趋势;在10℃-26℃范围内,温度变化对电导率升高幅度(相对电导变化率)影响不明显;功率在增大到一定程度后不再是影响电导率变化的主要因素;而弱电解质的电导率变化规律与强电解质截然相反,比如醋酸在微波辐照下电导率会偏低于无外场的情况。基于电解质溶液的微观结构和基本电导理论对微波场内电导率变化的原因进行分析,发现这些现象与微波影响水合离子团簇结构的去溶剂化效应有关。然后,在非平衡状态下对微波均相活化过硫酸盐(PS)降解有机染料罗丹明B(RhB)进行了实验研究。结果表明,PS/Heat体系对有机染料RhB有明显的去除效果,在[RhB]=50 mg/L,PS投加量为2 mol/L,T=70℃时其降解率达到90%以上。反应过程符合拟一级动力学模型,根据Arrhenius方程计算得到微波加热和常规水浴加热的表观反应活化能为Ea(MW)=108.97 kJ/mol,Ea(CH)=110.61 kJ/mol,二者差异并不明显,而且无论改变活化温度、初始PS或RhB浓度,还是变化pH值、离子强度或引入金属离子,在降解规律和降解路径上均没有发现两种加热方法的明显差异之处,说明均相介质中微波辐照只是提供了一种加热手段,其微波的特性效应并不明显。最后,实验研究了非平衡状态下微波异相活化过硫酸盐时对RhB的降解规律,选取SiC、Fe3O4和多壁碳纳米管(CNTs)等材料作为反应催化剂,研究发现:活化温度、催化剂浓度、催化剂粒径的增加都会提高RhB的降解效率,其中温度变化对降解率的提升效果最为明显;SiC的添加使得微波加热下表观活化能Ea(MW)由原来的108.97 kJ/mol降低到101.33 kJ/mol,而常规加热时活化能却无明显变化。其主要作用机理为SiC颗粒吸波后形成了热点,而热点附近的氧化反应更加活跃,这加速了有机物的降解,可以归结为微波的热效应,但没有明显的证据表明此反应过程中存在非热效应。综上,在平衡态的电解质溶液中观察到的去溶剂化效应属于微波与介质的特殊交互作用,反应过程中并没有温度变化带来的影响,该现象应该属于微波的非热特性效应。而在非平衡态的化学反应中这种特性效应并没有明显的体现,说明微波对化学反应的影响仍主要表现在其独特的热效应上。