介质阻挡放电降解气态混合污染物的实验研究

摘要

空气中挥发性有机物(简称VOCs)的污染问题及其有效控制已经受到人们的普遍关注。近年，对于气态低浓度的VOCs用放电等离子体进行降解处理引起了世界各国研究者高度重视。该技术可以实现在常温常压下，非常短的时间内，对气态污染物进行有效降解。被认为是低能耗、高降解率的一条有效的途径。 本文开展了介质阻挡无声放电降解气态混合污染物的实验研究。根据非热平衡等离子体的基本理论，建立了介质阻挡放电的实验系统，选取四氯乙烯/间二甲苯作为目标物进行了降解的试验研究。主要考察了交流高压、双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器时，单组分及混合组分的四氯乙烯/间二甲苯的降解特性；并研究了高压供电方式与反应器形式的匹配。 结果表明： (1)介质阻挡放电系统对气态混合VOCs污染物：具有明显的降解作用。其降解特性与气体组分有关。与单一组分污染物的降解特性相比，四氯乙烯受混合气体的影响较大，最大降解率由单一组分时的76％下降到了27％(交流高压)。而间二甲苯的最高降解率则基本保持在90％左右。 (2)调整电极间距可以改变放电区域的注入功率密度，高压电极结构相同时，放电功率密度越大，VOCs的降解效果越好。本实验中电极间距为5mm时，对混合气体的降解效果最好，电极结构不同时的降解效果依次为：5mm>7.5mm>10mm。 (3)高压内电极直径大致相同的条件下，不锈钢棒高压电极因放电更加均匀，其降解效果好于螺纹棒电极。因此，高压电极的结构对于放电等离子体的状态有着直接的影响。 (4)将双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器，由于其具有极高的电压变化率(陡前后沿)，可以高效注入能量，脉冲高压18.8kV时，对流速0.5L/min的浓度分别为200ppm四氯乙烯、间二甲苯混合VOCs的最高降解率达54％、97％，所对应的能量效率可达14.7g/(kWh)。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1VOCs概述

1.1.1挥发性有机化合物的定义

1.1.2挥发性有机化合物的种类

1.1.3挥发性有机化合物的来源

1.1.4挥发性有机化合物的危害

1.2各国VOCs的污染状况及对策

2VOCs控制技术概述

2.1VOCs传统控制技术

2.1.1燃烧法

2.1.2生物法

2.1.3吸附法

2.1.4吸收法

2.1.5冷凝法

2.1.6膜分离法

2.1.7VOCs净化方法比较

2.2近年来研究的新方法——非平衡等离子体法

2.2.1等离子体的基本概念

2.2.2等离子体放电化学反应特征

2.2.3等离子体的产生方法及其在环境中的应用

2.2.4非等离子体治理VOCs存在的问题

3实验系统的建立及测试方法

3.1两种VOCs的选定及其浓度分析

3.2实验设备及系统流程

3.2.1实验设备

3.2.2实验系统流程

3.3配气系统

3.4等离子体反应器

3.5高压供电系统

3.5.1工频交流高压电源

3.5.2双极性脉冲高压电源

3.6检测系统及电参数的测定

3.6.1电压、电流的测定

3.6.2功率的测定

3.7实验步骤

4交流高压介质阻挡放电降解气态混合VOCs

4.1高压电极结构对VOCs去除效果的影响

4.1.1不同高压电极结构对单一VOCs去除效果的影响

4.1.2不同高压电极结构对混合VOCs去除效果的影响

4.2放电长度对混合VOCs去除效果的影响

4.3反应器电极间距对混合VOCs去除效果的影响

4.4浓度对VOCs去除效果的影响

4.4.1间二甲苯浓度变化的影响

4.4.2四氯乙烯浓度变化的影响

4.4.3改变间二甲苯初始浓度对混合组分去除效果的影响

4.4.4改变四氯乙烯初始浓度对混合组分去除效果的影响

4.5反应器不同对混合VOCs去除效果的影响

4.5.1双介质阻挡反应器对混合VOCs去除效果的影响

4.5.2双介质阻挡反应器电极间距对混合VOCs去除效果的影响

4.5.3石英内介质阻挡反应器对混合VOCs去除效果的影响

4.5.4不同反应器对混合VOCs去除效果的比较

小结

5双脉冲高压介质阻挡放电降解气态混合VOCs

5.1高压电极结构对混合VOCs去除效果的影响

5.2反应器电极间距对混合VOCs去除效果的影响

5.3脉冲重复频率对混合VOCs去除率的影响

5.4浓度对混合VOCs去除效果的影响

5.4.1改变间二甲苯初始浓度对混合组分去除效果的影响

5.4.2改变四氯乙烯初始浓度对混合组分去除效果的影响

5.5降解机理分析

小结

6结果与讨论

6.1实验结果总结

6.2研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢