介质阻挡放电光催化净化低浓度含甲苯废气实验研究

论文摘要

近年来,低温等离子体协同光催化技术净化低浓度VOCs受到各国研究者的普遍关注和重视,主要研究的问题集中在低温等离子体与光催化剂协同降解机理、反应器结构、供电参数的优化、光催化剂的选择及其再生等方面。本文对介质阻挡放电条件下产生的低温等离子体协同纳米TiO2光催化降解低浓度VOCs进行了实验研究。选取甲苯气体为研究对象,主要考察了外接电极形式、电压、停留时间、初始浓度、气体相对湿度、光催化剂对降解率的影响;同时,探讨了介质阻挡放电协同光催化降解VOCs的过程。为推动装置工业应用,还考察了反应器的串联、功率消耗、能量利用,压力损失及反应器腐蚀情况。实验结果表明:1)在实验相同条件下,甲苯的降解率随反应器电压的升高而增大;随气体停留时间的增长而增大;随初始浓度的增大而不断下降;随着模拟气体湿度的增加,先增大后减小,相对湿度为30%左右时,甲苯的降解率最高。同时发现,用铜带作反应器的外接电极,甲苯的降解率高于铜网和不锈钢丝网。2)纳米TiO2光催化剂有助于提高甲苯降解率,对臭氧也有一定抑制作用。当电压升至22kV时,有光催化剂比无光催化剂时降解率提高了近10%。3)能量利用率随着输入能量的增大而下降;随气量、浓度的增加而上升。相同实验条件下,铜网比铜带作反应器的功耗小,能量利用率更高。4)反应器二级串联后,对于低浓度（≤1000mg/m3）的甲苯,总降解率达到80%以上;对于高浓度（2000mg/m3）,总降解率也可达到70%以上。5)填充型反应器的气流阻力过大,尤其是反应器串联后,压力降更大,填料的布置方式仍需改进。反应器外接电极材料宜选取不锈钢丝网,可避免铜带和铜网材料的腐蚀,减小对介质阻挡放电的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 VOCs的概念
• 1.1.2 VOCs的来源与危害
• 1.2 VOCs的治理技术
• 1.2.1 回收技术
• 1.2.2 消除技术
• 1.3 VOCs治理的新工艺
• 1.3.1 吸附-催化燃烧
• 1.3.2 等离子体-催化剂
• 1.3.3 等离子体-吸附（吸收）剂
• 1.4 低浓度VOCs治理技术的应用
• 1.5 论文研究的目的及内容
• 1.5.1 论文的研究目的
• 1.5.2 论文的研究内容
• 2 介质阻挡放电协同光催化降解VOCs的研究概况
• 2.1 低温等离子体技术概述
• 2.1.1 电子束照射法
• 2.1.2 介质阻挡放电
• 2.1.3 电晕放电
• 2.1.4 低温等离子体方法的比较
• 2.2 介质阻挡放电过程
• 2.2.1 介质阻挡放电的物理过程
• 2.2.2 介质阻挡放电中氧、羟基等离子体及臭氧的形成
• 2.2.3 介质阻挡放电中紫外线的产生
• 2.2.4 电介质极化
• 2.3 低温等离子体降解VOCs的化学反应过程
• 2.3.1 低温等离子体的主要化学反应
• 2.3.2 低温等离子体对VOCs的降解过程
• 2.3.3 影响低温等离子体降解VOCs的因素
• 2.4 光催化对VOCs的降解过程
• 2.4.1 光催化反应机理
• 2.4.2 影响光催化降解VOCs的因素
• 2.5 介质阻挡放电协同光催化降解VOCs
• 3 实验系统及测试方法
• 3.1 实验用VOCs的选择
• 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 配气及检测系统
• 3.3.1 模拟甲苯废气的配制系统
• 3.3.2 甲苯检测系统
• 3.3.3 气相色谱标定
• 3.4 光催化剂的选择与制备
• 3.4.1 光催化剂的选择
• 3.4.2 光催化剂的制备
• 3.5 低温等离子体反应器
• 3.6 高压供电系统
• 3.7 反应器的压力降与功率
• 3.7.1 反应器的压力降
• 3.7.2 反应器的功率
• 4 介质阻挡放电光催化净化含甲苯废气的实验结果及讨论
• 4.1 降解率的定义
• 4.2 影响降解率的主要结构参数
• 4.2.1 反应器的外接电极对降解率的影响
• 4.3 影响降解率的主要工艺参数
• 4.3.1 反应器的外加电压对降解率的影响
• 4.3.2 停留时间对降解率的影响
• 4.3.3 初始浓度对降解率的影响
• 4.3.4 相对湿度对降解率的影响
• 4.4 影响降解率的其它因素
• 4.4.1 臭氧
• 4.4.2 光催化剂
• 4.5 反应器的能耗
• 4.5.1 反应器的功率
• 4.5.2 反应器的能耗评价
• 4.6 其他实验现象
• 4.6.1 NOx的产生
• 4.6.2 反应器的串联
• 4.6.3 反应器的压力降
• 4.6.4 反应器的腐蚀问题
• 5 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附图
• 附录