[实用新型]等离子体自光极化反应装置无效

专利信息
申请号: 200720190191.8 申请日: 2007-11-16
公开(公告)号: CN201108809Y 公开(公告)日: 2008-09-03
发明(设计)人: 李坚;竹涛;梁文俊;金毓峑;豆宝娟 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: B01D53/86 分类号: B01D53/86;B01D53/72;B01J19/08
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司 代理人: 刘萍
地址: 100022*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 等离子体 极化 反应 装置
【说明书】:

技术领域

实用新型是一种针对挥发性有机物的净化处理装置,尤其是一种等离子体自光极化反应装置,属于气态污染物控制技术领域。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds,简称VOCs)是一大类重要的空气污染物,是指在常温下饱和蒸气压超过70.91Pa、常压下沸点小于260℃的有机化合物,其主要成分为烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类等。VOCs的危害主要有以下几个方面:(1)大多数VOCs有异味且有毒,VOCs中的许多物质有致癌、致畸、致突变性,这些物质干扰人体内分泌系统,具有遗传毒性及引起“雌性化”的严重后果,对环境安全和人类生存繁衍构成威胁;(2)在光线的照射下,许多VOCs很容易与一些氧化剂发生光化学反应,生成光化学烟雾,危害人体健康,影响农作物生长;(3)某些卤代烃可能会导致臭氧层的破坏,如氯氟碳化物(CFCs)和氯氟烃;(4)很多VOCs属于易燃、易爆类化合物,给企业生产造成较大隐患。

VOCs的治理技术基本分为两大类:第一类是以改进工艺技术、更换设备和防止泄漏为主的预防性措施;第二类是以末端治理为主的控制性措施。传统的VOCs处理方法有:燃烧法、吸收法、冷凝法、吸附法等。这些方法在技术上、经济上都存在一定的缺陷:或是初始投资和运行费用高,或是处理效果不理想,或是后续处理不当造成二次污染。尤其是低浓度、大气量的废气尚未找到经济有效的治理方法。目前国内外处于研究过程中的新方法主要有:生物法、膜分离法、等离子体法、光催化法等。

等离子体作为物质存在的第四种形态,是由带电的正粒子、负粒子(其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等)组成的集合体。低温等离子体降解VOC作为一种新的处理方法,具有去除率高、易操作、能耗低等优点,较传统的方法显示出良好的技术优势和发展前景,能够达到较好的去除效果。主要包括电子束照射法、介质阻挡放电法、沿面放电法和电晕放电法等技术。

电晕放电是使用曲率半径很小的电极,并在电极上加高压电,由于电极的曲率半径很小,靠近电极区域的电场特别强,电子逸出阴极,发生非均匀放电。介质阻挡放电是将绝缘介质插入放电空间中,在介质阻挡放电过程中,电介质其到储能的作用,可以避免电弧的生成,通常为随即丝状放电。将电晕放电和介质阻挡放电相结合产生低温等离子体是一种非常有效的途径。

光催化反应是指当在紫外光的照射下,反应物会在光催化剂表面上发生氧化还原反应。“光催化”这以一术语本身就意味着光化学与催化剂两者的结合,因此光和催化剂是引发和促进光催化氧化反应的必要条件。通常使用的光催化剂是半导体金属氧化物。半导体粒子具有能带结构,一般由填满电子的低能价带(valence band,VB)和空的高能导带(conduction band,CB)构成,价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(也称带隙,Eg)的光照射半导体时,价带上的电子(e-)被激发跃迁至导带,在价带上产生相应的空穴(h+)。在电场作用下,电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置。光致空穴具有很强的得电子能力,具有强氧化性,可夺取半导体表面的物质中的电子,使原本不吸收入射光的物质被活化氧化,而电子受体则可以通过接受表面上的电子而被还原,从而达到降解气态污染物的作用。

近些年来由于其耗能低、效率高、没有二次污染,纳米材料光催化方法处理VOCS已成为国内外研究的热点。光化学反应器是光催化过程的核心设备也是研究的焦点。在气固相光催化氧化反应器的研究中,目前主要采用固定床反应器。然而,已经开发出的反应器效果均不理想,已成为能否有效利用光催化剂的关键。

光催化反应器设计中面临的主要问题,除了传统反应器涉及的诸如质量传递和混合,反应物与催化剂的接触,流动方式,反应动力学,催化剂的安装,温度控制等问题外,还必须考虑光照这一重要因素。这是由于光催化剂只有吸收适当的光子才能被激活而具有催化性,所以激活催化剂的量决定了光催化反应器的反应能力。因此,光催化反应器的设计远比传统的化学反应器复杂。为了提供尽可能多的受激光催化剂,光催化反应器必须能够提供尽可能大的而且能被光照射的催化剂比表面积。其次,为了减少反应器的造价,还要求能为单位体积的反应器提供尽可能大的安装催化剂的面积,这正是光催化反应器设计的难点。如何解决这一难题已成为纳米材料光催化反应器能否工业化的关键。

实用新型内容

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