[发明专利]一种有机气体等离子催化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在常温状态等离子体环境下催化降解有机气体的反应装置。

背景技术

目前，环保领域有机气体的净化方法分为分离法和降解法。分离法有溶剂吸收、吸附脱附分离、冷凝法、膜分离法，降解法有燃烧、催化燃烧、生物降解、等离子消除法。

目前的等离子反应器结构如图1所示：通过直流高压电源90向外壳91内的与外壳91电连接的的第一电极92和第二电极93供电，第二电极93通过尖刺的放电极94向第一电极92和外壳91放电，从而在外壳91空间内产生等离子体。含有有机气体的气流沿着图中C所示的方向流动，在等离子体中有机气体被部分分解产生CO₂、H₂O、CO、及其中间产物C_xH_yO_z，这种结构不仅降解率低，而且能量利用率低，最重要的是产生可观的CO，带来更严重的污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高气体等离子催化器的能量利用效率。

本发明所要解决的另一个技术问题是减少CO产生量。

为了解决上述技术问题，本发明提供有一种有机气体等离子催化器，其包括一个外壳，外壳中并联或串联多个电场，电场由负电极和正电极组成，正、负电极上均涂覆高介电常数材料层并各自电连接至一个高压脉冲电源的正、负极，在电场中放置由数个多孔陶瓷制成的电场催化剂蜂窝载体，催化剂蜂窝载体内分别填充负载为TiO₂和AL₂O₃的第一催化剂、负载为V₂O₅和TiO₂的第二催化剂，在电场之后紧邻电场串联一段非电场催化剂蜂窝载体，填充负载为MnO₂的第三催化剂。

本发明所带来的有益效果是由于采用高压脉冲电源而不是直流高压电源，绝大部分的电能都是用来产生高能电子而不是用来加热气体，所以催化效率和能量利用率大为提高。另外，电场之后的第三催化剂能够将CO彻底氧化成CO₂，所以等离子催化器的CO产生量可以得到大幅降低。

附图说明

图1是目前等离子反应器的结构示意图。

图2是本发明一种催化剂能带示意图。

图3是本发明反应机理示意图。

图4是本发明的一个剖视示意图。

图5是本发明图4中A-A方向的剖视示意图。

具体实施方式

如图4、5所示，本发明的有机气体等离子催化器包括一个外壳10，外壳10中并联或串联多个电场20，电场20由作为负电极的外壳10和正电极21产生，正、负电极21、10上均涂覆高介电常数材料层22，正、负电极21、10各自电连接至一个高压脉冲电源23的正、负极从而在电场20内发生介质阻挡层放电。在电场20中放置由数个多孔陶瓷制成的电场催化剂蜂窝载体30，催化剂蜂窝载体30内分别填充负载为TiO₂和Al₂O₃的第一催化剂31、负载为V₂O₅和TiO₂的第二催化剂32。在电场20之后紧邻电场20串联一段非电场催化剂蜂窝载体40，填充负载为MnO₂的第三催化剂41。

等离子净化污染物的机理是，尖刺脉冲通过无声放电(高介电常数材料阻挡放电)激发出大量高能电子、丰富的紫外线、少量射线，处于这种环境中的物质原子与高能电子发生非弹性碰撞，引起气体原子外层电子振荡，脱离原子束缚，这个过程会导致化学键断裂，生成活性很高的激发态离子。同时，高能电子和射线的能量被空气分子吸收，会产生强氧化剂O₃，活性很高的HO₂，OH自由基和准分子O。所有这些激发态离子、强氧化剂、自由基和准分子自身的能量大于有机物的分子键能，从而打开了有机物的化学键发生化学反应。高能电子激发活性物质的化学式：H₂O+e^-→H*+HO*+e^-  H*+O₃→OH*+O₂  HO*+O₃→HO₂*+O₂  HO₂*+O₃→HO*+2O₂。