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脉冲放电等离子体-催化降解室内甲醛气体的研究

韩冰雁  
【摘要】:以甲醛和苯系物为代表的有害有机挥发物已成为当前室内空气污染防治的主要对象,研究室内甲醛气体的降解对于改善治理室内空气质量和保障人们身体健康具备重要意义。近年来,室内污染物治理方面已经取得了较大进展,发展了吸附、负离子、等离子、光催化等净化技术。等离子体具有杀菌、除臭、除尘和除味的功能,但对有机污染物的去除收效不明显,且在产生离子的过程中会生成过量的臭氧,对人体健康有危害作用。光催化净化技术是近十年来兴起的一种具有巨大潜在应用的室内空气净化技术,但其所要求的紫外光源给实际应用造成了一些不便与限制。本文采用等离子体与催化剂耦合催化甲醛的方式,将等离子体代替紫外灯作为能量来源激活光催化剂,同时产生耦合效应,以实现对甲醛气体的高效降解。 本课题采用自行设计的高能电场释放产生等离子体,以分子筛ZSM-5和TiO2(P25)催化剂制备耦合型催化剂,采用模拟室内环境的密封舱内循环净化和模拟通风环境下的一次性去除,考察了耦合条件下甲醛的降解效率,并对反应副产物进行了研究。具体研究内容及结论如下。 (1)在密封舱体系内运用三种不同空气净化方法的甲醛降解效率比较,发现等离子体耦合催化降解甲醛的效率及速率最高;其原因可归结为等离子体活性离子的作用以及高能电场释放的等离子体与催化剂的耦合效果;将分子筛ZSM-5和TiO2(P25)催化剂负载在活性炭板上所制备的催化板获得了较高的甲醛降解效率。 (2)利用密封舱模拟室内密闭环境,研究了催化剂板与电场中心电极的距离、中心电极的正负极性等因素对高能电场释放等离子体耦合催化降解甲醛气体的效率的影响。结果表明电场中心电极为正极、催化剂板距离中心电极15mm、气流流速4.5m/s为最优化的工况条件,等离子体-催化耦合降解效率可达到83%,1.5h后甲醛浓度降低至0.07ppm,在较短时间内甲醛浓度达到国家环境要求; (3)通过在模拟通风系统的风洞中进行等离子体耦合催化降解甲醛实验,验证了耦合催化降解甲醛并未明显增加氮氧化物NOX的浓度;等离子体释放过程中产生的臭氧,通过除臭氧催化板控制在安全合格的范围内; (4)等离子体释放单元高能电场与催化剂板的一体化设计,以及所获得的高效甲醛降解实验结果,可为室内气体污染物净化设备的设计与开发提供有益参考。


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