介质阻挡放电净化汽车尾气的实验研究及机理探讨

摘要

目前大气污染情况日益严重，特别是由于汽车尾气中有害污染物的大量排放所带来的大气污染，随着汽车保有量的不断增加而日趋严重。机内和机外的各种净化措施都得到了广泛的研究。近年来，在国内外使用非平衡等离子体治理各种有害气体得到了广泛的重视，本文也对此进行了有益探索，在常温下利用介质阻挡放电产生非平衡等离子体的方法对汽车尾气中的CO、HC和NOX进行净化研究。 本文分析了介质阻挡放电产生等离子体的机理，探讨了介质阻挡放电对汽车尾气中主要有害物，包括CO、HC、NOX等的脱除与净化的机理。通过实验，研究了介质阻挡放电对汽车尾气中主要有害气体的净化脱除规律，讨论了放电电压、混合气体流量以及初始浓度等实验条件对净化效果的影响。对NO在电场作用下的反应及其附属产物NO2的生成规律做了进一步研究。 介质阻挡放电作为气体放电的一种形式，具有处理废气的能力。它主要是通过外加电压，利用阻挡介质，在反应器内放电产生等离子体，形成强电场，电子被强电场激励获得了能量，被加速了的电子与汽车尾气中主要有害气体发生弹性碰撞，形成大量的非平衡等离子体，使CO、HC和NOX等气体分子发生电离、分解等化学反应后被氧化还原成无害的CO2、H2O、N2和O2等气体。 本文提出了将气体放电和光催化相结合的尾气治理方法，目的是发挥各自的优势，从而达到更好的废气净化效果。介绍了TiO2的光催化原理，实验中将TiO2均匀的涂敷在放电电极的表面，形成一层光催化剂薄膜，利用气体放电时产生的紫外光将光催化剂激发，对汽车尾气进行催化处理。对介质阻挡放电和光催化法结合处理汽车尾气作了机理性的分析，总结了对反应产生影响的各种因素。 在介质阻挡放电净化汽车尾气的实验中，选取了Y型圆柱反应器，它具有两个独立的单管，使放电方式和添加催化剂、控制气体情况均优于单管。 通过对介质阻挡放电净化汽车尾气的实验及对实验数据的分析，得到如下主要的结论： 1.介质阻挡放电对CO净化效果较好，CO的净化率随着放电电压的升高而增加、随着初始浓度或混合气体流量的增加而降低。O2的存在有助于CO净化。加入光催化剂TiO2后，CO净化率得到了提高。在小流量、低初始浓度、高电压时，光催化效果要好些。混合气体流量为0.45L/min、CO初始浓度为800ppm、放电电压14kV时，较无TiO2涂层前，CO的净化率提高了14.5％。 2.放电电压对HC去除的影响很大。初始浓度和混合气体流量一定的条件下，HC的浓度随着放电电压的升高迅速下降。随着混合气体流量、HC初始浓度的增大，HC净化率下降。光催化剂有利于HC的脱除，混合气体流量1.5L/min、HC初始浓度750ppm、放电电压14kV时，电极上涂敷TiO2后，HC的净化率由无光催化剂TiO2时的82.5％提高到92.7％。 3.放电电压对NOX脱除的影响很大。NO的浓度随着放电电压的升高迅速下降；由于部分NO氧化形成NO2，NO2的浓度较放电前有所增加，但NOX的浓度(NO、NO2)是降低的。混合气体流量、NO初始浓度对NO净化率也有着明显的影响，随着气体流量、NO初始浓度的增大，NOX净化率下降。加入光催化剂后，气体流量1.5L/min、NO初始浓度200ppm、放电电压14kV时，NO的净化率提高了18％。