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介质阻挡放电去除气态混合VOCs的研究

王洪昌  
【摘要】: 高压放电等离子体处理气态有机污染物(VOCs)是一种新型的VOCs末端治理技术,因其具有效率高、无选择性、使用范围广等特点呈现出良好的应用前景。本论文以丙酮/苯/四氯乙烯/间二甲苯的混合气体为目标污染物,采用双极性窄脉冲高压电源与介质阻挡放电结合进行降解处理,探讨了混合VOCs降解时各组分间的相互影响规律,并对电源参数和反应器结构进行了优化。此外,论文还对DBD等离子体-催化体系降解混合VOCs的协同效应进行了研究。主要研究成果及结论如下: 1.研究比较了DBD分别与工频交流电源和双极性窄脉冲电源结合时电压、电流波形,功率注入特性和VOCs的降解特性,发现脉冲DBD兼有脉冲放电的陡前沿、窄脉宽的特点,可产生瞬间大功率放电和高能电子,能更有效的去除VOCs。在注入功率均为15.0 W的条件下,处理气体流量为2.5 L/min,浓度均为200 ppm的丙酮/苯/四氯乙烯/间二甲苯混合气体时,交流DBD下四种污染物的降解率分别为10%/27%/45%/96%,而采用脉冲DBD则可提高至23%/52%/57%/99%。 2.对脉冲DBD体系中电源和反应器的匹配进行了优化研究,考察了峰值电压、放电频率和脉冲成形电容等参数对能量注入和VOCs降解效率的影响。结果表明:增大脉冲峰值电压和频率可以提高能量的注入,促进对污染物的降解;脉冲成形电容与DBD反应器存在最佳匹配关系,对于线筒式DBD反应器,脉冲成形电容与反应器静态电容的最佳匹配关系为10~20倍。 3.从功率有效注入和等离子体分布方面对DBD反应器结构进行了优化,考察了电极形式、放电间隙、介质尺寸和放电长度等参数对VOCs降解效果的影响。结果表明:与不锈钢螺纹电极相比,不锈钢棒电极下等离子体分布更加均匀,对VOCs的降解效率也更高;增大反应器的放电间隙,会引起反应器内功率密度变小和高能活性粒子的分布不均匀,使得对VOCs的降解效率下降;相同的放电间隙下,适当放大反应器的介质尺寸和放电长度有利于对VOCs的降解。 4.通过考察四种混合VOCs的降解特性和尾气成分的分析,探讨了混合VOCs降解时各组分间的相互影响规律。结果表明:混合VOCs同时降解时,组分之间有相互的影响作用,分子结构不稳定,电离能较小的污染物会优先降解,降解产生的小分子中间产物会对其它组分的降解产生抑制作用。 5.对脉冲DBD等离子体降解VOCs时CO2和CO选择性的变化特征进行了研究,发现尾气中的CO2和CO是由不同的降解途径生成的,增加放电电压并不能促进CO向CO2的转化。 6.研究了DBD等离子体-催化体系下混合VOCs的降解特性和CO2选择性的变化规律,并探讨了相关作用机理。结果表明:DBD等离子体与催化结合不仅可以提高VOCs的降解率,还可以提高CO2选择性,抑制CO的生成;混合VOCs中各组分的催化降解性能与其在催化剂上的吸附能力大小有关,吸附能力越强,催化降解效果越明显。


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