微波技术在节能减排方面的应用

随着环境污染的日趋恶化以及人们环保意识的不断提高，实现节能减排已是共识，其是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物排放。节能减排已成为世界发展的重要目标，我国也已将节能减排列为重要的经济社会发展指标，作为对各级政府和各类企业进行考核与评价的重要指标。在2005年国家提出的“十一五”规划中，第一个重点就是推进经济增长方式的转变，节能减排、倡导绿色制造。微波技术以其独特的高效、绿色环保优势越来越受到人们的重视，在节能减排方面的应用已取得可喜进展。其最早于20世纪30年代应用在通讯、广播、电视领域中，随后，以其独特的优势已在多方面发挥作用。2003年Adam在著名期刊Nature上讨论了当前微波化学的优势和研究热点，进一步激发学者们对微波技术的研究热情。目前，微波技术在节能减排方面的应用不断拓展，本文针对近期微波应用在工农业生产和生活中的多个领域促进节能减排的研究做一综述。

1微波技术在工业领域促进节能减排

干燥是高能耗行业，我国干燥能耗约占全部工业能耗的12％。微波干燥不同于传统干燥方式，其热传导方向与水分扩散方向相同。与传统干燥方式相比，具有选择性加热、干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点，是节能减排的重要手段之一，在矿产行业、冶金行业、纺织行业等多个领域均有应用。

1．1冶金和矿产行业

冶金行业是我国的传统行业，各种冶炼工艺日趋成熟，但矿产品干燥过程中存在着较多问题：劳动强度大，劳动环境恶劣；干燥时间长，能耗高；环境污染严重；干燥装置庞大，投资费用高，生产率低等，将微波技术应用于矿产品的干燥中能基本解决以上问题。微波技术用于生产钒氮、氮化硅等合金，具有明显的节能(仅为传统工艺的60％～80％)、节气(为传统工艺的50％)。另外，微波技术在冶金中还用于：强化溶解、还原过程；湿法冶金中溶液、试样的烘干、浓缩及强化浸出、回收废金属等方面。

随着选矿领域对微波的重视，微波在选矿工程中的应用也逐渐显示出优越性和实用性。与传统加热方式相比，用微波加热矿石可以节约一半的电能。在磨矿方面，根据微波的选择性加热特点，可以在磨矿前对矿石进行预处理，以降低粉磨过程的能耗。在浮选方面，采用微波加热提高了浮选试剂的吸附性能，提高了矿物回收率，浮选试剂用量大为减少。在选矿方面，利用微波技术可以将无磁性的矿物转化为有磁性的矿物，从而可利用磁选的方法进行选矿。大多数金属矿物在自然界中都是以硫化物的形态存在的，提取金属时的处理方法主要是火法焙烧+浸出工艺流程。但火法焙烧不可避免地会产生二氧化硫，造成环境的污染，微波还原的速率比传统的还原速率高很多，采用微波加热浸出，就可以很好地解决这个问题。微波技术除了以上应用外，在矿物焙烧、样品化验等方面也有应用。

1．2纺织印染行业

纺织印染行业是我国的传统支柱产业，又是用水量大、污染严重、能耗较高的行业。尤其是染色水洗等工序废水排放量大，且色度深，最高温度达90℃，对这类废水，目前是先排放到调节池冷却，然后通过传统方法处理排放，这不仅加大了处理难度和处理成本，同时浪费了大量的热能和水资源。曾庆福等。从微波光化学基础研究人手，研制了可工业化的大功率、短波长微波无极紫外光源，采用微波无极紫外光催化氧化分质回用技术处理印染废水，实现了印染终端废水深度处理及部分回用。微波照射可使纤维本身发热，加快胶质的溶解。将微波技术用于染色中的染料固色，丝织品精炼时可降低能耗。在后处理方面，例如在微波辐射下用环氧树脂整理织物，整理后可以改善折皱回复性，提高染色性能、耐酸碱性以及耐光性，并缩短处理时间，节约能源。

1．3陶瓷行业

陶瓷行业是高能耗、高污染和资源消耗型的“两高一资”行业。无论从原料处理、成形、干燥、烧成到废料的再利用，节能减排在陶瓷行业的各个环节都具有较大的潜力和发展空间。冼志勇和张秋云等对陶瓷行业应对节能减排的措施进行综述。

1．4石化行业

我国的煤炭储存量、年产量和消耗量均位居世界第一位，由燃煤火电厂带来的SO2问题不容忽视。近年来，国内外学者对微波辐照活性炭烟气脱硫技术进行了广泛的研究，这些研究均表明该技术不但可以消除烟气中SO2的污染，而且还可以回收硫资源，从而将SO2的污染控制和资源回收相结合。钟丽云等系统分析和总结了微波辐照活性炭烟气脱硫技术的机理和发展现状，并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

另外，微波干燥技术在医药、木材加工、实验室分析方面等领域也有应用。但是微波干燥缺少在线快速检测水分的手段，干燥终点的判断还比较困难，在干燥工艺和装备方面仍有很多问题需要解决。微波技术在废水、废气的处理研究也多停留在实验室中。

2微波技术在农业领域促进节能减排

2．1农产品加工

微波冷冻干燥技术是以微波为冷冻干燥的热源，具有加热速度快，节约能源、能提高产品质量和柔韧性等优点，在近些年来发展很快，广泛应用到海鲜、水果和蔬菜等食品的干燥中。Wu等利用微波冷冻干燥技术干燥苹果片，发现微波干燥可明显缩短干燥时间，并且能降低苹果片中的原果胶含量，微波冷冻干燥的苹果片色泽度比普通微波干燥的稍好。微波杀菌后无菌封罐技术可替代传统技术生产糖水荔枝罐头，并大幅提高了产品质量和档次。采用该技术生产，荔枝果肉受热时间短，为传统工艺技术荔枝果肉受热时间的1／3左右；并且受热温度较低，比传统工艺技术的受热温度低4℃～10℃。

2．2烟草行业

烟草是一种十分重要的经济作物，属于可再生资源，具有特殊的经济价值。目前微波技术已广泛应用于烟草的加工生产中。片烟生产过程中存在难松散、造碎量大、物料流量波动大以及虫害隐患等问题，曹洁穹等试验将微波加热松散机应用于片烟制丝工艺中。结果表明：微波加热后片烟松散率高，松散效果好；能改善片烟结构，提高大中片率，有利于降低消耗，提高烟支质量；可以较好地保证物料均匀稳定，有利于实现精细化加工；微波加热松散无“三废”产生，不污染烟叶；片烟经微波加热松散处理后，在烟气浓度、杂气、口腔舒适度上有明显的改善；简化了处理设备，缩短了工艺流程。除了在片烟松散方面，还应用于在线测量水分，在线干燥、膨胀、提取烟用香精香料、提高卷烟安全性等与实际生产紧密结合的领域。