多针对板电晕微观特性及降低其有害副产物

论文摘要

室内空气污染物具有复杂、多样、长期性和低浓度等特点,等离子体空气净化可快速、高效降低室内多种污染物。采用的主要等离子体发生技术为电晕放电,但电晕放电会同时产生少量的有害产物包括03和N02,形成二次污染。在实验室前期研究基础上,本文系统分析多针对板电晕放电电离区的微观特性；利用光学发射光谱（OES）法,对放电产生OH自由基进行优化研究,为后续以针阵列对板电晕放电为核心技术的空气净化单元研制提供设计依据。然后以降低放电产生的有害产物为研究目标,实验研究有害副产物N02与03产生,并采用Mn02催化剂催化降低N02及03。通过封闭空间内实验研究和应用试验,获知放电产生N02与O3相关规律及其去除规律,并确定室内空气净化装置的设计依据和运行参数。首先,根据发射光谱法（OES）对多针对板电晕放电的测量结果,对相应的实验数据进行统计、拟合和理论分析。得到高压针电极周围N2第二正带跃迁谱峰（ISPB）光强分布的等光强线曲线方程；获知电离区ISPB的分布,从而确定电离区内ISPB×S、电子平均速度、电流密度等微观电参数的变化关系,系统分析多针对板正、负电晕放电电离区和迁移区中微观物理特性。然后,以激发态OH自由基为研究对象,利用OES技术分别研究正、负电晕放电中,放电功率、电极间距和相对湿度等放电电参数对产生激发态OH自由基的影响。在稳定放电条件下,获知产生激发态OH自由基的优化运行参数,确定宏观参数与OH自由基之间的相关规律。为了使针阵列对板电晕放电适用于室内空气净化,本论文重点考虑放电产生有害副产物带来的安全问题。首先研究放电产生NO2的相关规律,主要包括放电功率、放电极性、电极间距和相对湿度等参数对NO2产生量的作用,并得到一些参数设计依据和定性运行依据。在此基础上,采用MnO2作为活性成分、SiO2-活性碳做载体的催化剂对放电产生的NO2进行去除实验研究。在不同放电功率P、不同相对湿度RH和不同放电极性等放电条件下,研究Mn02催化剂用量与NO2去除效率的关系。获知采用MnO2催化剂有效降低NO2的方法及其运行规律。其次进行针阵列对板电晕放电产生O3及催化降低O3的研究。在不同放电极性下,通过观测封闭小室内电晕放电产生的有害副产物O3浓度变化,总结出电晕放电产生O3的相关规律。采用MnO2作为活性成分、SiO2-活性碳做载体的催化剂对放电产生的O3进行去除实验。在不同放电功率P和不同放电极性等放电条件下,研究MnO2催化剂用量与O3去除效率的关系。获知MnO2催化剂作用下O3去除的相关规律。最后,在前述研究基础上,在体积为84m3的封闭试验室,将不同放电极性的针阵列对板电晕放电应用于实际空气净化中,放电反应器出口加设MnO2催化剂,研究降低放电产生有害副产物NO2和O3的效果,并通过催化剂分析,研究作用规律。最终获知满足《室内空气质量标准》（GB/T18883—2002）中NO2和O3浓度标准值的设计依据和运行条件,为室内空气净化的实际应用提供技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 空气净化
• 1.1.1 空气净化重要性
• 1.1.2 空气净化技术概述
• 1.2 放电等离子体空气净化
• 1.2.1 净化原理
• 1.2.2 研究进展
• 1.3 光催化空气净化
• 1.3.1 光催化原理
• 1.3.2 研究进展
• 1.4 等离子体与光催化结合空气净化
• 1.4.1 净化原理
• 1.4.2 研究进展
• 1.5 空气净化中有害副产物研究
• 1.5.1 副产物产生
• 1.5.2 副产物去除研究现状
• 1.6 电晕放电
• 1.6.1 电晕放电简介
• 1.6.2 电晕放电空气净化进展
• 1.7 研究目标和研究内容
• 1.7.1 研究目标
• 1.7.2 研究内容
• 第2章 多针对板电晕放电微观物理特性研究
• 2.1 引言
• SPB空间分布'>2.2 I_SPB空间分布
• SPB×S分布'>2.3 I_SPB×S分布
• SPB与电流密度关系'>2.4 I_SPB与电流密度关系
• 2.5 伏安关系推导
• 2.5.1 电离区电场和电流密度
• 2.5.2 迁移区电场和电流密度
• 2.6 小结
• 第3章 多针对板电晕放电OH自由基产率优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验原理
• 3.4 负电晕OH产率优化
• 3.4.1 放电功率作用
• 3.4.2 电极间距作用
• 3.4.3 相对湿度作用
• 3.5 流光放电OH空间分布及其产率优化
• 3.5.1 流光放电OH空间分布
• 3.5.2 流光放电OH产率优化（相对湿度作用）
• 3.6 小结
• 2研究'>第4章 针阵列对板电晕放电产生NO₂研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验建立
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 参数选择
• 4.3 放电功率作用
• 4.3.1 正电晕放电
• 4.3.2 负电晕放电
• 4.4 放电极性作用
• 4.5 电极间距作用
• 4.6 相对湿度作用
• 4.6.1 正电晕放电
• 4.6.2 负电晕放电
• 4.7 小结
• 2催化降低有害副产物NO₂研究'>第5章 MnO₂催化降低有害副产物NO₂研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置
• 2'>5.3 降低正电晕放电产生NO₂
• 2'>5.4 降低负电晕放电产生NO₂
• 5.5 讨论
• 5.6 小结
• 3研究'>第6章 催化降低电晕放电产生有害副产物O₃研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验装置
• 6.3 放电产生臭氧
• 6.4 催化去除臭氧
• 6.5 小结
• 2和O₃应用试验研究'>第7章 降低电晕产生NO₂和O₃应用试验研究
• 7.1 引言
• 7.2 试验装置建立
• 2和O₃应用试验'>7.3 放电产生NO₂和O₃应用试验
• 2和O₃应用试验'>7.4 催化降低NO₂和O₃应用试验
• 7.5 催化剂检测分析
• 7.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢