反电晕等离子体发生方法及协同催化处理挥发性有机物的研究

【摘要】挥发性有机物(VOCs)是一种重要的空气污染物。我国人为源VOCs排放总量很大,典型行业的VOCs污染非常严重。针对大风量、低浓度的VOCs,传统治理技术的应用受到投资、运行费用及效率等因素的制约。低温等离子体催化技术被认为是VOCs处理中很有发展前途的技术之一。低温等离子体的产生方法很多,如电晕放电、脉冲放电、介质阻挡放电、电子束、微波等。目前的等离子体发生方法,仍难于同时满足高能量效率和经济可靠的供电电源这两个条件。采用等离子体处理VOCs会产生如CO、O3、NOx和气溶胶等副产物,结合催化剂能够控制气相副产物,但前段产生的气溶胶会引起催化剂的失活。针对等离子体发生技术和处理VOCs中存在的问题,本文主要研究一种采用直流电源供电的等离子体发生方法,通过反电晕放电在蜂窝催化剂上产生等离子体；基于反电晕等离子体发生方法,提出由催化剂反电晕结合前置介质阻挡放电模块及后置催化剂模块组成的VOCs处理工艺系统。主要研究内容和结论如下：(1)研究了蜂窝催化剂反电晕放电的特性和放电机制。催化剂反电晕放电,不仅在催化剂沿面产生等离子体,同时还在蜂窝孔道内产生等离子体；中间辅助网电极能够限制电流的发展,使反电晕放电更均匀,其电压值在放电过程不断变化和调整,有利于反电晕等离子体的发生。负电晕放电可实现稳定的反电晕放电；不同的蜂窝孔径、催化剂种类、蜂窝厚度以及湿度等因素都对反电晕等离子体产生影响。在施加电压为30kV、放电电流为12.7μA/cm2的条件下,反电晕放电的离子风流速可达1.99m/s,气流通过蜂窝催化剂后,流速仍达0.5m/s。催化剂反电晕放电的臭氧产量与电流密度正相关；采用AgMnOx/Al2O3催化剂反电晕去除甲苯,在能量密度为285.6J/L时,去除效率为94.8%。催化剂反电晕能够捕集和降解气溶胶；在电压为30kV,电流358μA条件下,颗粒物的收集效率为94.0%。(2)研究了两段式反应器去除正已烷时,催化剂种类、能量密度、湿度、温度等因素的影响。AgMnOx催化剂对正已烷的去除效率、等离子体催化协同作用、相同臭氧消耗量时的正已烷去除量、臭氧需求因子均具有明显的优势。(3)采用列管DBD、BCD和催化剂组成等离子体催化复合体系去除VOCs.该工艺能够克服等离子体催化处理VOCs产生的气溶胶引起的不利影响；催化剂反电晕放电能够有效利用放电离子风,有利于克服催化剂床层阻力引起的压降。列管DBD的臭氧产率和甲苯去除效率分别为4.08和0.40molecules/heV.等离子体处理VOCs产生的气溶胶主要成分为C-C和C-H。结合催化剂反电晕放电后,臭氧和甲苯去除效率均提高。(4)等离子体中,VOCs的去除主要是自由基反应过程,其去除效率和等离子体能量密度成线性关系。
【作者】冯发达；
【导师】闫克平；
【作者基本信息】浙江大学，环境科学，2014，博士
【关键词】反电晕放电；气溶胶；挥发性有机物；低温等离子体发生技术；等离子体催化；

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