表面等离子气体处理制造技术

本发明专利技术涉及一种气体处理装置，适用于在光触媒附近生成表面等离子体，其具有平面结构。光触媒以一薄层（４）的形式沉积于一电介质基板（３）上，并且至少一等离子供应电极（１，２）形成于光触媒薄层上。这种结构增强了等离子体和光触媒之间的相互作用。该装置可用于污染控制、气味消减或者杀菌处理类型的高效的气体处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面等离子气体处理本专利技术涉及一表面等离子气体处理装置，包括至少一个该装置的设备以及制造该处理装置的方法。防污染标准正在贯彻执行中，特别是在欧洲层面上，其执行更为严格。这些标准被 强加于生产商们，他们必须将这些标准加入到新产品部件的设计中。当生活水准正在稳步 增长时，这些标准也是人们对环境问题越来越忧虑的反应。然而，正在使用或即将使用的污 染控制方法的能量消耗必须越少越好，特别是当要处理的废水中污染物的浓度低或非常低 时。在这些情况下，污染控制方法必须越有效、污染物越被稀释越好。根据是否使用等离子体，已在使用的污染控制方法可被划分为两类。采用污染物的热裂解、催化反应、污染物的低温冷凝或吸附、或者那些采用生物过 滤器的方法，不使用等离子体。它们主要采用将污染物氧化或俘获的技术。氧化技术，无论 它们是纯热的(热裂解)和/或使用触媒(催化氧化)，都需要将气体加热至数百度。它 们主要对于高浓度的污染物有效。然而它们的能量消耗非常高，并且当待处理的污染物的 浓度低时，成本会变得非常高。即使浓度很稀的污染物也有必要将它们去除，特别是当这些 污染物毒性特别高或对环境特别有害时。俘获(或吸附)技术一般都需要昂贵的维护。并 且，它们并不移除污染物，而仅仅通过将污染物固定于某一支撑物上从而将它们提取出来。 当该支撑物饱和时，必须将它更换。然而该支撑物很难处理，因为其包含大量污染物。于 是，该支撑物再处理的问题或当其不能再循环利用时将其在废物掩埋地进行存储或销毁的 问题就随之产生。最后，生物过滤器含有能够消耗挥发性有机化合物的微生物。所述污染 物被有效移除，然而生物过滤器自身是庞大的，而且需要复杂的维护以使微生物保持存活。相比而言，采用等离子体的方法的能量消耗和维护成本都较低。尤其是，在大气压 下使用等离子体与大量应用相兼容。尤其是，用所谓的冷等离子体消除多种污染物价格并 不贵。但是它们常常产生有毒的化合物，具体而言，例如氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)或 其他挥发性有机化合物。为了克服这些缺点，已经提出了将等离子体的使用与触媒的使用相结合的方法， 使得能够更好地控制所使用的化学反应，并因此选择那些本身无毒或不是污染物的裂解产 物。首先开发的是被称为“填充床反应器”的装置。它们包括一圆柱形的填充了催化材料 珠子的反应器。然而它们体积庞大，而且当待处理的气流在反应器中循环时，会产生严重的 压力损失。此外，它们的形状使之不适于串行或并行安置，特别是处理大量气流时。另外，介质阻挡放电设备已经被开发出来。在这些设备中，位于放电电极之间的介 电绝缘体会阻止电弧的出现。因此，和环形放电不同，不必为保持不变地供应冷等离子体而 将电极设定为不对称的几何结构。然而，由于电介质上的电荷积累非常迅速并且破坏了产 生于电极间的静电场，所以电源不能是直流电(DC)。因此，由存在于介质阻挡层的直流电压 供电的等离子体被迅速排除。然而这些介质阻挡放电设备的优点很多-介质阻挡层提供了更强的安全性以及分布更均勻的等离子体；-介质阻挡层可选择地包括一液体冷却电路；-这种类型的反应器容易扩充，特别是为了获得适于工业应用的处理能力；以及-可与在大气压下的操作相兼容。 出于这些原因，介质阻挡放电设备得到广泛应用。这些应用包括臭氧制造、表面处 理、受激准分子灯管中的紫外辐射制造以及CO2激光器中的红外辐射制造。已为这些设备 开发出了大量不同的几何形状，其取决于每个应用的特定特征。具体而言，为产生气流开发 出称为“大气压下均勻辉光放电等离子体”(OAUGDP)的表面结构。被称为“沿面放电”的结 构是最初为激光应用而开发的，但是它还被用于制造覆盖大面积的、稳定的、不出现电弧的 等离子体。最后，最近还开发出了多个将介质阻挡放电的使用和触媒的使用相结合的设备， 所述触媒具体为光触媒。举一个此类设备的例子，该设备被具体设计用于裂解甲苯，其中包 括穿过充满玻璃珠的圆柱体的一电极丝，玻璃珠以锐钛矿的形式覆盖着二氧化钛(TiO2)。文档US2005/0118079描述了另一个此类设备，其适于产生表面放电并且其电极 具有平面的构造。光触媒材料的珠子位于其中一个电极上，其暴露在待处理的气体中。然 而，在电极和光触媒材料的这种构造中，由表面放电产生的等离子体仅部分地接触该光触 媒材料。为此，该设备处理气流的效率是有限的。本专利技术的一个目的是提出一种气体处理设备，例如用于消除气体中含有的污染 物，其并不具有前述在先系统的缺点。更具体地，本专利技术的目的是提出具有低制造成本的一气体处理设备，其在操作过 程中能量消耗低，处理效率高，并兼容待处理的大量气体。为此，本专利技术提出一气体处理装置，包括-具有相平行的活跃面和背面的电介质支持体；-支持体的活跃面所承载的第一电极；-支持体的背面所承载的第二电极，并且其沿着平行于支持体的方向相对于第一 电极偏移；以及-安置于支持体活跃面上的至少一部分光触媒，并且当所述光触媒接受辐射时，其 能够激活对于气体的处理。所述装置适于在支持体的活跃面上的一区域中形成表面等离子体，当这两个电极 连接至电源的两端时，该区域从第一电极朝向第二电极扩展。所述等离子体还产生一由光 触媒接收的辐射。依据本专利技术，所述部分光触媒位于支持体活跃面的薄层，并且第一电极被安置于 至少一部分该光触媒薄层上，位于在支持体对面的所述光触媒薄层的一侧。在本专利技术的背景下，薄层意味着材料一部分的结构，其中该部分的厚度远远小于 该部分的其他尺寸。使用沉积处理将该部分形成在一支持体上，在这种处理中，材料以气 体、液体或甚至等离子体的形式放置于该支持体的一表面上。具体而言，这一薄层可由分 子、原子、原子簇、一液态膜、小液滴等等构成，它们分别位于基板上。依据本专利技术处理装置 的光触媒材料，这种薄层沉积处理的使用成本特别低，并使得以低成本价格生产该装置成 为可能。另外，依据本专利技术的处理装置可具有任意尺寸，可基于待处理的气体流速选择尺 寸。具体而言，可以容易地制造出适用于工业应用的庞大的装置。可以容易地制造出构成 处理装置的大尺寸的不同组件，包括该部分光触媒薄层。使用依据本专利技术的装置所执行的气体处理将大气压下一冷表面等离子体的使用 和一光触媒的使用相结合。表面等离子体形成激活该触媒的一稳定辐射源。该触媒又依次 激活与之接触的污染物的转换。以这种方式执行的气体处理可以是气体的至少部分污染控 制，具体是对刚开始就存在于气体中的挥发性有机化合物的控制、气体的气味消减、杀菌处 理、或上述至少两种处理的组合。另外，考虑到处理装置的小型轻便，可以容易地安装在车 间、住宅、车辆、飞机或潜艇中，具体而言，可集成于通风系统或空调系统中。最后，其适于在 开放及封闭或狭窄的环境中执行对气体的处理。本专利技术的处理装置具有非常高的处理效率。由于基板承载的光触媒薄层式的构 造，该基板还承载着电极，光触媒与放电等离子体的接触区域很大。同时，光触媒还具有非 常高的面容比。在这种情况下，等离子体和光触媒的交互作用得 到了很大的提升。通过将 第一电极放置于光触媒层之上，更加提升了这种交互。为此，第一电极的一个面向等离子体 区域的边可安置于光触媒薄层上。因此，表面等离子体直接在光触媒层的表面产生，始于第 一电极的该边。另外，当光触媒薄层在第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体处理装置（１１）包括：－电介质支持体（３），具有活跃面（Ｓ１）和与所述活跃面相平行的背面（Ｓ２）；－支持体的活跃面所承载的第一电极（１）；－支持体的背面所承载的第二电极（２），并且其沿着平行于支持体的方向（Ｌ）相对于第一电极偏移；以及－安置于支持体活跃面上的至少一部分光触媒（４），并且当所述光触媒接受辐射时，其能够激活对于气体的处理，所述装置适用于在支持体（Ｓ１）的活跃面上的区域（Ｐ１）中形成表面等离子体，当所述第一电极和第二电极连接至电源（１０）的两端时，该区域从第一电极（１）朝向第二电极（２）扩展，并且所述等离子体产生由光触媒接收的辐射；该装置的特征在于部分光触媒（４）是位于支持体活跃面（Ｓ１）上的薄层，并且其中第一电极（１）被安置于至少一部分光触媒薄层（４）上，位于在支持体对面的所述薄层的一侧上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼卢梭，卡蒂娅阿莱格罗，奥利维高特乐，
申请(专利权)人：法国高等理工学院，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：FR[法国]