介质阻挡放电脱除甲醛的化学动力学模拟

论文摘要

甲醛是现代室内空气中普遍存在的一种污染物，它可以引起包括眼部及呼吸系统等多方面的身体机能紊乱。因此，对空气中甲醛脱除的研究具有重要的理论和现实意义。介质阻挡放电因为易于实现大气压下较稳定的放电在气体污染物脱除方面具有独到优势，但是由于所涉及的反应过程的复杂性，其机理还不甚清楚。本论文对介质阻挡放电脱除甲醛反应体系进行了化学动力学模拟，选择放电过程中所涉及的基元化学反应建立了数学模型，把所考虑的化学反应归结为有关粒子浓度的刚性常微分方程组的初值问题来求解，通过FORTRAN编程采用特雷纳法计算。另外，将模拟结果与本论文的实验数据进行了直接对比，二者总体上符合得较好。主要结果如下：（1）在模拟空气气氛下，模拟研究了放电过程中主要物种浓度随放电时间、H2O含量、电子密度和HCHO初始浓度的变化趋势。发现O原子和OH自由基是HCHO脱除的主要活性粒子，在电子温度3.3eV，电子密度3×107cm-3条件下考察二者对HCHO脱除的贡献比，结果约为1／3。N2分子的第一电子激发态，N2（A3∑u+），是本论文特别关注的一个活性物种，它的存在对O原子和OH自由基的生成有显著促进作用。与含N2（A3∑u+）体系相比，不含N2（A3∑u+）体系的O原子和OH自由基的浓度分别降低81％和92％。（2）通过模拟与实验两条途径，分别在模拟空气和氮气气氛中研究了介质阻挡放电等离子体对HCHO的脱除。在输入能量密度300 J／L条件下，模拟空气和氮气气氛下HCHO脱除率分别为80％和52％。在氮气气氛中N2（A3∑u+）态是令HCHO脱除的主要物种。讨论了HCHO初始浓度、气体流量对HCHO脱除比能耗的影响，HCHO初始浓度较高时，甲醛脱除的比能耗较低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 甲醛的来源和危害
• 1.1.1 室内甲醛污染的来源
• 1.1.2 甲醛污染危害
• 1.2 典型的甲醛脱除技术
• 1.2.1 吸附法
• 1.2.2 植物法
• 1.2.3 化学氧化法
• 1.2.3 光催化技术
• 1.3 新兴的冷等离子体技术
• 1.3.1 冷等离子体技术概述
• 1.3.2 介质阻挡放电原理
• 1.4 冷等离子体脱除甲醛的化学反应动力学
• 1.4.1 冷等离子体反应动力学
• 2分子电子激发态简介'>1.4.2 N₂分子电子激发态简介
• 1.4.3 冷等离子体脱除甲醛的动力学研究进展
• 1.5 本论文的研究目的和主要研究工作
• 2 实验装置和条件
• 2.1 实验装置
• 2.2 高压电源
• 2.3 反应器
• 2.4 配气系统和尾气分析
• 2.5 相关计算公式
• 3 理论模型
• 3.1 介质阻挡放电过程
• 3.2 动力学数据的计算
• 3.2.1 电子-分子反应速率常数
• 3.2.2 电子密度
• 3.2.3 反应停留时间
• 3.3 数学模型
• 3.3.1 模型建立
• 3.3.2 特雷纳数值模拟方法
• 3.4 本章小结
• 4 结果与讨论
• 4.1 引言
• 4.2 模拟空气放电的主要活性物种
• 4.2.1 在放电区的分布
• 4.2.2 水含量的影响
• 4.2.3 电子密度的影响
• 4.2.4 HCHO初始浓度的影响
• 4.2.5 小结
• 4.3 模拟空气与氮气气氛中HCHO脱除的的对比
• 4.3.1 HCHO脱除率和产物
• 4.3.2 HCHO脱除的比能耗
• 4.3.4 小结
• 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢