低温等离子体协同催化反应单元以及即基于该反应单元的VOCs处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低温等离子体协同催化反应单元，包括：均带有绝缘膜的正电极板和负电极板，正、负电极板上均开设气体过孔；位于正、负电极板之间且带有通孔的蜂窝陶瓷；对应穿入通孔且表面带有绝缘膜层的若干正、负针山电极棒，正、负针山电极棒相邻且交错布置；正、负针山电极棒与对应通孔之间的间隙为气体通道和放电空间。本发明专利技术还公开一种基于低温等离子体协同催化反应器的VOCs处理装置，包括反应器外壳，反应器外壳内沿烟气流向依次设置颗粒物过滤单元、低温等离子体协同催化反应单元以及臭氧分解催化反应单元。含VOCs废气进入装置内，依次经颗粒物过滤单元、低温等离子体协同催化反应单元和臭氧分解催化反应单元处理，净化后气体排出装置外。

Low temperature plasma synergistic catalytic reaction unit and VOCs processing device and method based on the reaction unit

The invention discloses a low temperature plasma synergistic catalytic reaction unit, which comprises a positive electrode plate and a negative electrode plate with an insulating film, a gas through hole on both positive and negative electrode plates, a honeycomb ceramic with a through hole between the positive and negative electrode plates, and a number of positive and negative electrode plates with an insulating film on the surface corresponding to the through hole. Negative needle Hill electrode rod is adjacent to positive and negative needle Hill electrode rod and arranged alternately; the gap between positive and negative needle Hill electrode rod and corresponding through hole is gas channel and discharge space. The invention also discloses a VOCs treatment device based on a cryogenic plasma synergistic catalytic reactor, including a reactor shell, a particle filter unit, a cryogenic plasma synergistic catalytic reaction unit and an ozone decomposition catalytic reaction unit arranged sequentially along the flue gas direction in the reactor shell. The waste gas containing VOCs enters the unit and is treated by the particle filter unit, the low temperature plasma synergistic catalytic reaction unit and the ozone decomposition catalytic reaction unit in turn. After purification, the gas is discharged from the unit.

【技术实现步骤摘要】
低温等离子体协同催化反应单元以及即基于该反应单元的VOCs处理装置及方法
本专利技术涉及降解VOCs
，具体涉及一种低温等离子体协同催化反应器以及即基于该反应器的VOCs处理装置及方法。
技术介绍
介质阻挡气体等离子体反应器包括一个电极对与该电极对之间的介质部分和气体部分。当在电极对之间施加一定的电压时，(即外加电源将电能输入到气体等离子体反应器中)，气体等离子体反应器中的气体发生放电，使气体中的成分电离。介质阻挡气体等离子体反应器可以用于如汽车尾气、烟道气、大气、室内空气、各种工业排气的气体净化、也可以用于臭氧制备。所用的电源为交流电源、脉冲电源、或脉冲式交流电源。例如，公开号为CN107185401A的中国专利技术申请文献公开了一种吸收VOCS的设备，包括超声波发生装置、吸收装置，所述超声波发生装置与收装置相连，所述吸收装置的内中部设置有二十四面体的虫洞结构材料通道，所述吸收装置的底部和顶部分别设置有进气口和出气口，所述虫洞结构材料通道的顶部和底部有混合吸收液。公开号为CN105617860A的中国专利技术申请文献公开了一种VOCs处理工艺，具体为：经高效除尘器除尘后的VOCs气体自底部进入装有催化剂的反应器中，双氧水自反应器顶部进入并喷淋在催化剂上，VOCs气体在反应器内停留10－15min后从反应器顶部排出，再经碱性溶液吸收后排放。目前市场上也有应用低温等离子体VOCs净化装置处理VOCs气体，但是大部分采用非介质阻挡放电(DBD)的电晕放电反应器或DBD反应器，这些反应器存在VOCs净化效率低和纳米颗粒物副产物的生成等的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用针山电极的低温等离子体协同催化反应器来实现低温等离子体协同催化降解VOCs的方法，利用这种方法可以高效降解VOCs气体，同时排出气体中颗粒物的浓度低，对环境污染小。一种低温等离子体协同催化反应单元，包括：均带有绝缘膜的正电极板和负电极板，正、负电极板分别连接高压电源的两个输出端，正、负电极板上均开设气体过孔；位于正、负电极板之间的蜂窝陶瓷，该蜂窝陶瓷带有均匀分布且轴向垂直于所述电极板的通孔；对应穿入所述通孔且表面带有绝缘膜层的若干正针山电极棒和负针山电极棒，正针山电极棒的底端固定于正电极板上、针尖端位于对应通孔中，负针山电极棒的底端固定于负电极板上、针尖端位于对应通孔中，正针山电极棒和负针山电极棒相邻且交错布置；正、负针山电极棒与对应通孔之间的间隙为气体通道和放电空间。相邻正、负电极棒上的绝缘膜层和蜂窝陶瓷的通孔之间的陶瓷间壁组成了三介质阻挡放电反应模块。本专利技术的低温等离子体协同催化反应单元可用于汽车尾气、烟道气、大气、室内空气以及各种工业排气中VOCs的去除降解，达到高效洁净尾气的目的。气体从放电空间的进气口进入放电空间，正、负电极板上的通孔分别构成放电空间的进出气口，通过放电空间后从出气口离开放电空间；正、负电极板通过高压电源输出的电压将电场施加到放电空间的气体上，使得气体发生放电现象；VOCs在外加电场中的高能电子发生碰撞生成激发态(CnH2n+2·)或脱氢生成自由基(CnH2n+1)，这些激发态和自由基再和活性氧[O](如氧原子，臭氧、OH等)反应，生成CO和CO2，以及少量反应中间产物。本专利技术采用低温等离子体协同催化氧化VOCs的净化技术，VOCs的净化效率是无催化剂时的3-5倍，而且无纳米颗粒物副产物的排放，说明低温等离子体协同催化来消解VOCs具有很大的应用价值。优选地，蜂窝陶瓷的外形为圆筒型、立方体型或球型；所述蜂窝陶瓷中的通孔为圆形、三角形、正方形或六边形。优选地，所述蜂窝陶瓷上负载有贵金属催化剂和碱金属催化剂；贵金属催化剂的负载量为0.1-1000微克/cm2-通孔内表面积；碱金属催化剂的负载量为1-10000微克/cm2-通孔内表面积。可采用浸渍法制备。贵金属催化剂为金、铂、钯、银或它们的混合物；碱金属催化剂包括铁、铜、镍、铝、铅、锌、锡、钨、镁、锰、铈或它们的混合物。陶瓷开孔率与通孔直径跟可插入电极棒的数量有关，电极棒数量过少则VOCs的处理效果不明显，电极棒的数量过多会导致能源的浪费。对于间壁厚度，若厚度过薄，则介质容易被击穿，电压难以控制；若厚度过厚，则可能导致介质难以被击穿，影响VOCs的去除效率。优选地，所述蜂窝陶瓷的开孔率为20-80％、通孔孔径为5-500mm、相邻通孔之间的间壁厚为3-50mm。进一步优选地，所述蜂窝陶瓷的开孔率为60-80％、通孔孔径为5-50mm、相邻通孔之间的间壁厚为3-10mm。进一步地，所述蜂窝陶瓷的长在10mm-3000mm之间、宽在10-1000mm之间、高在10-3000mm之间。高压电源带有能量回收功能，电源输出的电压波形为脉冲或交流形状，电压峰值1-100kV可调，频率1-1000Hz可调。优选地，所述正针山电极棒和负针山电极棒外形均为圆柱状柱体、多边形柱体或球形/椭圆形串联的柱体。优选地，所述正针山电极棒和负针山电极棒按列相间排布，且相邻列的正针山电极棒和负针山电极棒交错布置。即一列正针山电极棒一列负针山电极棒再一列正针山电极棒，以此类推。对于绝缘膜，若绝缘膜厚度过薄，则介质容易被击穿，电压难以控制；若绝缘膜厚度过厚，则可能导致介质难以被击穿，影响VOCs的去除效率。优选地，所述正针山电极棒和负针山电极棒的长度均为10-3000mm、外径均为1-500mm；正针山电极棒和负针山电极棒的绝缘膜层厚度均为0.1-10mm。进一步优选地，所述正针山电极棒和负针山电极棒的长度均为100-500mm、外径均为10-100mm；正针山电极棒和负针山电极棒的绝缘膜层厚度均为0.1-1mm。针山电极棒的材质为导电金属，如铝、铁、不锈钢；电极棒的表面覆盖有绝缘膜层，如氧化铝薄膜、氧化硅薄膜、塑料薄膜、陶瓷薄膜、橡胶薄膜，薄膜厚度为0.1-10mm。蜂窝陶瓷上的通孔均匀分布，所有通孔的轴向相互平行且与正、付电极板相垂直。蜂窝陶瓷表面带有微孔，有一定的吸附功能，容易击穿。针山电极棒在蜂窝陶瓷中插入，按列正负相间排布，且相邻列的正、负电极棒交错布置。电极为表面附着氧化铝膜层的铝棒，相邻电极棒及其间的氧化铝膜-陶瓷间壁-氧化铝膜结构组成了三介质阻挡放电反应模块。介质阻挡放电等离子体对有机分子产生分解和氧化作用的主要原理为放电过程中产生的大量强氧化性的自由基与臭氧O3等高能活性粒子，能与VOCs分子不断碰撞、破坏其化学键,从而达到将VOCs污染物降解的目的。另外，氧化铝薄膜还可以减少蜂窝陶瓷被击穿的风险，起到防漏电的作用。通过浸渍法将催化剂负载到蜂窝陶瓷上，再通过介质阻挡放电技术，即构成等离子体协同催化反应单元，可有效降解VOCs气体。本专利技术还提供一种基于低温等离子体协同催化反应器的VOCs处理装置，包括反应器外壳，所述反应器外壳内沿烟气流向依次设置颗粒物过滤单元、所述的低温等离子体协同催化反应单元以及臭氧分解催化反应单元。VOCs处理装置其进口前端安装颗粒物过滤装置，后端安装臭氧分解催化反应器，以达到降解VOCs分解的中间产物、去除臭氧以完全净化气体的目的。优选地，所述反应器外壳内且位于臭氧反应单元下游设置风机。所述颗粒物过滤单元为HEPA、静电除尘器或布袋除尘器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温等离子体协同催化反应单元，其特征在于，包括：均带有绝缘膜的正电极板和负电极板，正、负电极板分别连接高压电源的两个输出端，正、负电极板上均开设气体过孔；位于正、负电极板之间的蜂窝陶瓷，该蜂窝陶瓷带有均匀分布且轴向垂直于所述电极板的通孔；对应穿入所述通孔且表面带有绝缘膜层的若干正针山电极棒和负针山电极棒，正针山电极棒的底端固定于正电极板上、针尖端位于对应通孔中，负针山电极棒的底端固定于负电极板上、针尖端位于对应通孔中，正针山电极棒和负针山电极棒相邻且交错布置；正、负针山电极棒与对应通孔之间的间隙为气体通道和放电空间。

【技术特征摘要】
1.一种低温等离子体协同催化反应单元，其特征在于，包括：均带有绝缘膜的正电极板和负电极板，正、负电极板分别连接高压电源的两个输出端，正、负电极板上均开设气体过孔；位于正、负电极板之间的蜂窝陶瓷，该蜂窝陶瓷带有均匀分布且轴向垂直于所述电极板的通孔；对应穿入所述通孔且表面带有绝缘膜层的若干正针山电极棒和负针山电极棒，正针山电极棒的底端固定于正电极板上、针尖端位于对应通孔中，负针山电极棒的底端固定于负电极板上、针尖端位于对应通孔中，正针山电极棒和负针山电极棒相邻且交错布置；正、负针山电极棒与对应通孔之间的间隙为气体通道和放电空间。2.根据权利要求1所述低温等离子体协同催化反应单元，其特征在于，所述蜂窝陶瓷上负载有贵金属催化剂和碱金属催化剂；贵金属催化剂的负载量为0.1-1000微克/cm2-通孔内表面积；碱金属催化剂的负载量为1-10000微克/cm2-通孔内表面积。3.根据权利要求1所述低温等离子体协同催化反应单元，其特征在于，所述蜂窝陶瓷的开孔率为20-80％、通孔孔径为5-500mm、相邻通孔之间的间壁厚为3-50mm。4.根据权利要求1所述低温等离子体协同催化反应单元，其特征在于，所述正针山电极棒和负针山电极棒按列相间排布，且相邻列的正针山电极棒和负针山电极棒交错布置。5.根据权利要求1所述低温等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚水良，吴欣月，陈挚宗，董若羽，沈怡洁，谢涵，廖美芳，沈一平，张欢欢，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33