脉冲放电处理VOCs有害气体及其净化效果评价的研究

摘要

放电等离子体空气净化技术的研究既有助于人们认识特定条件下放电物理和放电化学相结合的特点和规律，也为生产车间、办公室、居室、轿车、空间站和潜艇舱室等室内空气的净化开拓了新的途经，具有科学探索和实际应用的价值。本课题选择具有代表性的甲苯作为目标污染物，在实验室条件下研究了脉冲放电等离子体降解VOCs的效果。研究内容及结果主要体现在以下几个方面：1）在分析现有放电反应器的结构及其特点的基础上，以放电等离子体降解VOCs的基本原理为依据，探讨了优化反应器设计的基本原则，特别是电场分析和流场分析应协同优化。研制了一种新型的喷射式线－筒反应器，并针对两种不同的通气方式进行了场协同分析和实验。2）针对放电等离子体空气净化的场协同问题，通过改变脉冲极性和通气方式进行了初步的场协同实验研究。研究发现，场协同程度对甲苯的降解率有显著影响，最高差异可达42.5﹪。脉冲放电对甲苯的降解率最高可达90﹪。3）通过分析C7H8、CO、CO2浓度的动态变化研究了反应场的发展过程。驼峰型的CO浓度轨迹和逐渐攀升至上限的CO2浓度轨迹表明，反应场在施加高压脉冲后是马上建立并逐步增强到最大降解能力的。不同工况下，反应器的发展进程不一样，增强至最大降解能力所需的时间也不一样。处理高浓度的甲苯气流时，很大一部分甲苯并没有降解成CO和CO2这类简单的含碳物质。4）实验研究了脉冲放电与纳米二氧化钛催化膜协同降解甲苯的效果。当浓度负荷为0-400ppm的时候，降解率高达90﹪以上。并且发现，场协同效应在催化剂强化等离子体降解能力的情况下依然存在。5）针对目前废气治理装置净化效果的评价方法尚不能实施明确、简洁、有效的应用评价的问题，提出了当量毒性浓度和总净化度两个新指标，给出了简单的应用示例。这两个指标包含了净化过程污染物质变和量变的双重信息，具有向类似的环境治理领域推广应用的价值。