电晕放电结合水吸收降解混合气态VOCs的研究

论文摘要

随着工业技术的迅猛发展,进入大气的有机污染物越来越多,VOCs的预防和控制措施现如今已受到广泛的关注。目前实用的有机气体污染物的净化方法如燃烧法,吸收法、吸附法在技术上或经济上都存在一定的缺陷。特别是对大气量低浓度的有机废气,这些方法所表现出的缺陷就更加明显了。近几年发展起来的非平衡等离子体技术具有工艺简单、能耗低等优点,可以实现常温常压下,非常短的时间内,无选择性的对多种气态污染物进行同时降解。本文开展了脉冲电晕放电结合水吸收在双极性脉冲高压作用下协同处理混合VOCs的应用研究。实验设计了一种新型刃—板式电晕反应器,选取三氯乙烯和间二甲苯作为挥发性有机物的代表性物质,主要考察了脉冲电源参数与反应器电极结构配置的匹配(包括脉冲供电方式、脉冲成形电容、重复频率、反应器结构、放电间距等因素)对混合污染物降解特性的影响;并从功率注入、能量密度多角度分析了上述影响产生的原因;探讨了脉冲电晕放电与水吸收结合的可行性,并考察了吸收液的性质对混合VOCs去除率的影响;此外,还对放电等离子体结合水吸收的机理进行了讨论。结果表明:1.脉冲高压供电参数与反应器结构的匹配对反应器的能量注入及混合污染物的降解特性有重要影响。双极性脉冲与单极性脉冲相比,更有利于能量的注入;改变成形电容时,其瞬间脉冲微放电过程并不相同;刃电极比线电极曲率半径更小,更容易形成强电场区,从而形成电晕,因而其放电状态更加稳定,能量利用率更高;放电间距的改变对能量在反应器内的有机分布产生作用。本实验中,双极性脉冲高压(成形电容0.8nF,频率50Hz)与刃—板反应器(放电间距12mm)取得良好匹配,在峰值电压21.6kV,三氯乙烯和间二甲苯的降解率分别达到50%和75%。2.将脉冲电晕放电与水吸收结合,三氯乙烯和间二甲苯的去除率均增大,且一定程度上增大水体积、初始pH和降低其温度,可以使混合气体的去除率进一步提高。在峰值电压21.6kV,清水体积为300mL,温度25℃,pH11.0时,三氯乙烯和间二甲苯去除率均增加12%以上,此时去除率分别达62%、89%。3.脉冲放电处理VOCs后的尾气水吸收过程,实质是羟基自由基的高级氧化过程。放电过程中产生的臭氧在偏碱性溶液中可以形成羟基自由基,从而对水体中的有机污染物进行氧化降解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 VOCs的定义与来源
• 1.2 VOCs的危害
• 1.3 国内外VOCs相关控制标准
• 1.4 VOCs控制技术
• 1.4.1 VOCs传统控制技术
• 1.4.2 VOCs治理新技术
• 1.4.3 低温等离子体技术与传统VOCs控制方法的比较
• 1.5 低温等离子体处理VOCs的研究现状
• 1.5.1 电子束照射法
• 1.5.2 介质阻挡放电法
• 1.5.3 电晕放电法
• 1.6 电晕放电处理VOCs的研究现状
• 1.6.1 直流电晕放电法
• 1.6.2 脉冲电晕放电法
• 1.7 目前研究存在的问题
• 1.8 课题的提出及研究内容
• 2 实验系统的建立及测试方法
• 2.1 两种VOCs气体的选择
• 2.1.1 三氯乙烯性质及危害
• 2.1.2 间二甲苯性质及危害
• 2.2 实验仪器及药品
• 2.3 实验流程
• 2.3.1 混合VOCs配气系统
• 2.3.2 脉冲高压供电系统
• 2.3.3 反应器
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 两种VOCs浓度分析
• 2.4.2 脉冲平均放电功率测量
• 2.4.3 混合VOCs去除率评价
• 3 电晕放电降解混合气态VOCs的实验研究
• 3.1 实验结果与分析
• 3.1.1 脉冲供电方式对放电特性及单一组分VOCs降解特性的影响
• 3.1.2 混合组分和单一组分对降解特性及能量效率的影响
• 3.1.3 电极结构对放电特性及混合VOCs降解特性的影响
• 3.1.4 放电间距对放电特性及混合VOCs降解特性的影响
• 3.1.5 脉冲成形电容对放电特性混合VOCs降解特性的影响
• 3.1.6 脉冲重复频率对混合VOCs降解特性的影响
• 3.1.7 气体参数对混合VOCs降解特性的影响
• 3.2 脉冲电晕放电对三氯乙烯和间二甲苯的降解机理分析
• 3.3 本章小结
• 4 电晕放电结合水吸收降解混合气态VOCs的实验研究
• 4.1 实验结果与分析
• 4.1.1 有无吸收液对混合气体降解特性的影响
• 4.1.2 吸收液体积对混合气体降解特性的影响
• 4.1.3 吸收液温度对混合气体降解特性的影响
• 4.1.4 吸收液初始pH对混合气体降解特性的影响
• 4.2 脉冲电晕—水吸收降解三氯乙烯和间二甲苯机理分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢