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介质阻挡等离子放电与催化剂联用分解苯

陆彬  
【摘要】: 室内挥发性有机化合物(VOCs, volatile organic compounds)的污染问题日益受到关注和重视。已有许多技术被开发用于控制VOCs,其中之一为低温等离子体技术用来分解VOCs。但现行的等离子体分解VOCs技术尚有成本高的缺点。本研究开发利用等离子体和催化联用的方法来提高其分解VOCs的效率,降低VOCs的处理成本。 本研究首先用交流高压电驱动的介质阻挡放电(DBD,dielectric barrier discharge)来产生等离子体放电分解模拟空气中苯。探讨了DBD放电反应器的放电空间体积、模拟空气流量、高压交流电源输出电压、能量密度、苯初始浓度对苯去除率和能量效率的影响。然后,在等离子体放电部下方加三种催化剂(MnO_2、TiO_2和活性炭)对上述的影响进行了同样的探讨。 实验结果表明:1)当不用催化剂时,苯去除率随反应器放电空间体积的增加而增大,随模拟空气流量的增加而减小,随高压交流电源输出电压的增加而增大,随气体能量密度的增加而增大,随苯初始浓度的增加而减小。能量效率随苯初始浓度的增加而增大。能量效率随气体能量密度的增加先增大后减小,有一个最佳的输入能量密度存在。本研究得到的能量效率最高达0.12 mol-C_6H_6/kWh,为所有等离子体去除低浓度VOCs研究中的最高值。2)当催化和等离子体联用时,发现催化剂对苯的氧化去除和能量效率有显著的改善效果。各催化剂的效果为:(1)苯的去除率:MnO_2/活性炭/TiO_2/无催化剂=2/1.5/1/1;(2)能量效率:MnO_2/活性炭/TiO_2/无催化剂=2.5/2/1/1。实验所用介质阻挡放电联用MnO_2催化剂分解苯的能量效率可以达到0.035mol苯/kWh。苯在等离子体放电中和MnO_2上的氧化机理可能是:在放电场中,苯被电子和氧原子活化后完全氧化为CO和CO_2。在MnO_2上,苯又被在放电生成的臭氧和氧气氧化成CO和CO_2。


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