有机废气(VOCs)处理放电等离子体法
放电等离子处理工业尾气 ,是通过高电压放电形式 ,获得非热平衡等离子体 ,即产生大量的高能电子或高能电子激励产生的 O、 OH、 N 基等活性粒子 ,破坏C—H、 C—C等化学键 ,使尾气分子中的 H、Cl、F等发生置换反应 ,最终生成 CO2 和 H2O ,即工业废气通过放电处理最终变为无害物质。
放电等离子体法现在被公认为处理有害气体的有效方法之一 ,国内外科研工作者在协同催化剂和反应器等方面进行了大量研究。
在等离子体中加人催化剂能够提高污染物的去除效率 ,大大降低能耗和副产物的产生 ,国内外对此种协同催化剂的研究主要为金属氧化物和 TiO2 催化体系。这些研究表明 ,利用等离子体与催化反应的协同效应 ,以提高有机废气净化率、 降低能耗是成功的。
Futamura对有害大气污染物在低温等离子体化学处理中金属氧化物的催化活性进行了研究 ,在没有MnO2 作催化剂时 ,苯的摩尔转化率为 30 % ,而在有MnO2 作催化剂时 ,苯的转化率可高达94 %。
Kang在常压下用等离子体 TiO2 催化体系去除甲苯废气 ,在仅有 O2 等离子体下 ,甲苯去除率为40 % ,在 TiO2/ O2 等离子体下 ,去除率达到70 % ,当TiO2 负载于γ- Al2O3 上时 ,甲苯的去除率达到80 %。
Hyun - HaKim指出 Ag/ TiO2 等离子体系统对处理低质量浓度有机废气非常有吸引力。当苯入口质量浓度为 110 mg/ m3,输入能量密度为 130 J /L时 ,用催化剂为 110 %Ag/ TiO2 的等离子体光催化系统 ,可使苯去除率和碳平衡达到100 %。
Atsushi Ogata应用表面放电等离子体光催化降解碳氟化合物进行研究 ,当等离子体反应器内加入光催化剂 TiO2 后 ,碳氟化合物去除速率大大加强。产生等离子体的放电反应器的性能与结构决定着有机物的去除效果 ,对等离子体反应器性能 ,近些年国内学者也开展了研究。
于勇用介质屏蔽降解 CF3Br ,降解率达到55 %。李锻将双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器对氯苯和甲苯的分解特性进行了实验研究 ,结果表明采用双极性脉冲高压技术 ,可使氯苯和甲苯的分解率得到提高。
冯春杨开展了脉冲电晕去除多种有机废气的研究 ,对比了线-筒式和线-板式两种反应器对甲苯的去除率。
放电等离子体治理有机废气被认为是很有前途的方法 ,与常规技术相比具有工艺简单、流程短、可操作性好的特点 ,特别是在节能方面有很大的潜力 ,应用范围也比较广泛 ,尤其对低质量浓度的有机废气的处理效果非常好。
结合该方法取得的研究进展 ,可以认为其可能取得突破的方向是开发出能与催化剂进行最佳配置的等离子体反应器并能促使化学反应 ,提高能量效率的合适催化剂。当然 ,提高等离子体反应器长时间运行操作的稳定性 ,了解放电对处理过程中的中间产物或最终产物的影响及后处理问题也是后续研究并能够工业应用的关键。总之 ,通过不断的技术创新和开发 ,放电等离子体处理工业尾气技术 ,将会和电集尘装置及臭氧发生器一样 ,走进实用化行列。
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