等离子体自光极化反应装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于气态污染物控制领域。该装置由过滤器（１）和自光极化等离子体反应器（２）串联组成；气体管道（４）连接过滤器（１），过滤器（１）内设过滤筒（５），再通过气体管道连接自光极化等离子体反应器（２）；自光极化等离子体反应器为管－线式结构，内部轴线位置放置放电极（９），放电极通过高压电线（１５）与高压电源（３）相连；反应器壳体（１２）外部为外电极（１０），外电极通过接地电线（１６）接地；自光极化等离子体反应器内部密封镀有纳米ＴｉＯ↓［２］光催化剂薄膜的填料（１３），自光极化等离子体反应器尾部连接气体管道（４）。本发明专利技术促进了光催化反应的进行，提高了气态污染物净化效果，较一般的低温等离子体反应器降解效果更好，更完全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种针对挥发性有机物的净化处理装置及方法，尤其是一种等 离子体自光极化反应装置及其方法，属于气态污染物控制
技术背景挥发性有机物(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26(TC 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，目前主要釆用固 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。
技术实现思路
针对纳米材料光催化反应器设计难点，本课题在充分研究有介质存在条 件下气体放电产生低温等离子体的物理特征之后，提出等离子体自光极化这 一概念，并在这一概念的基础上设计出了一种新型的等离子体自光极化反应装置。本专利技术的目的在于提供一种新型的、有效的、低能耗的低温等离子体VOCs处理装置。本专利技术提供的废气处理装置，是将电晕放电和介质阻挡放电相结合产生等 离子体联合纳米光催化技术来降解废气，具有结构简单，占地面积小，处理效果好等优点。本专利技术的等离子体自光极化反应装置包括低温等离子体反应器，其特征在于该装置由过滤器1和自光极化等离子体反应器2两段串联组成；气体管道4连接过滤器1，过滤器1内设过滤筒5，再通过气体管道4连接自光极化等离子体反应器2;自光极化等离子体反应器2为管-线式结构，内部轴线位置放置放电极9，放电极9通过高压电线15与高压电源3相连；反应器壳 体12外部为外电极10，外电极通过接地电线16接地；自光极化等离子体反 应器2内部密封镀有纳米TK)2光催化剂薄膜的填料13，自光极化等离子体反 应器2尾部连接气体管道4。等离子体自光极化反应装置的方法，其特征在于，包括以下步骤1) 、挥发性有机废气通过气体管道4过滤器1，气体经过过滤筒5过滤 后沿气体管道4进入自光极化等离子体反应器2，气体经过滤后避免了粉尘对 纳米光催化剂的干扰；2) 、高压电源3向自光极化等离子体反应器输入能量，等离子体与VOCs 分子作用，使之转化为无害的无机小分子物质；同时挥发性有机废气分子经 过自光极化等离子体反应器2内部密封镀有纳米Ti02光催化剂薄膜的填料 13,具有出色的吸附性能，在表面浓集了较多数量的气态污染物质，因而能 促使化学反应在纳米Ti02光催化剂表面进行；高压电源向自光极化等离子体 反应器输入能量，等离子体与VOCs分子作用，使之转化为无害的无机小分子物质，如C02、 CO禾BH20;等离子体发生过程中产生自光现象，伴随有大 量的紫外光生成，促使光催化剂表面产生大量具有强氧化还原性能的电子空 穴对，促进了光催化反应的进行，有效地提高了整个装置的降解效果。3)、有机废气在自光极化等离子体反应器2中处理后，经气体管道4排放。本专利技术所提供的等离子体自光极化反应器与现有光催化反应器相比明显的不同是由于等离子体的自光极化，直接提供了光催化反应所需的动力， 因此不需要外界光源；同时，将等离子体与光催化反应相结合，有效提高了废气的处理效率，而且结构简单，适用性强，运行费用低。本专利技术所提供的等离子体自光极化反应器于现有的等离子体发生装置相比，其不同点在于等离子体发生装置内部密封有纳米Ti02光催化剂；作为 纳米Ti02光催化剂载体的陶瓷拉西环(或Y-Al203和沸石载体类)，具有出本文档来自技高网...

【技术保护点】
等离子体自光极化反应装置包括低温等离子体反应器，其特征在于：该装置由过滤器（１）和自光极化等离子体反应器（２）两段串联组成；气体管道（４）连接过滤器（１），过滤器（１）内设过滤筒（５），再通过气体管道（４）连接自光极化等离子体反应器（２）；自光极化等离子体反应器（２）为管－线式结构，内部轴线位置放置放电极（９），放电极（９）通过高压电线（１５）与高压电源（３）相连；反应器壳体（１２）外部为外电极（１０），外电极通过接地电线（１６）接地；自光极化等离子体反应器（２）内部密封镀有纳米ＴｉＯ↓［２］光催化剂薄膜的填料（１３），自光极化等离子体反应器（２）尾部连接气体管道（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]