低温等离子体协同催化技术降解VOCs现状
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低温等离子体降解vocs应用-回复[低温等离子体降解VOCs应用]低温等离子体(Low-temperature plasma)是一种带电粒子和中性粒子组成的气体,其具有高活性和化学反应性的特点。
它可以用于处理废气和废水中的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)。
本文将详细介绍低温等离子体降解VOCs的原理和应用。
一、低温等离子体的形成低温等离子体是在常压或较低压下形成的,其温度通常在2000以下。
电离能较低的气体(如氧气、氮气等)通过电离源(如电极)进行电离,形成等离子体。
等离子体中的带电粒子(正离子和电子)具有高活性,并可引发化学反应。
二、低温等离子体降解VOCs的原理VOCs是指在常温下具有蒸汽压的有机化合物,例如甲醛、苯乙烯等。
这些化合物通常是废气、废水和工业排放中的主要组分,对人体健康和环境造成潜在的危害。
低温等离子体通过其高活性粒子和电子与VOCs发生碰撞,引发一系列化学反应,最终将其降解为较为稳定和无害的物质。
具体而言,低温等离子体降解VOCs的过程包括以下几个步骤:1. 离子化:低温等离子体释放出的带电粒子与VOCs的分子发生离子化反应,形成正离子和负离子。
2. 激发:带电粒子与VOCs中的分子发生碰撞,并通过交换能量的方式使VOCs中的分子被激发到高能级。
3. 解离:经过激发的VOCs分子在高能级状态下发生解离反应,产生自由基和小分子碎片。
4. 反应:自由基与VOCs中的分子发生反应,形成更稳定的产物。
这些反应过程可能包括氧化、还原、烷基化等。
5. 再组合:在反应过程中产生的自由基和产物再结合形成较为稳定的化合物。
6. 沉积:反应结束后,降解掉的VOCs产物会沉积在容器壁或过滤器上,不会进一步释放到环境中。
三、低温等离子体降解VOCs的应用低温等离子体降解VOCs的技术已被广泛应用于环境治理和工业生产中。
以下是一些主要应用领域的介绍:1. 废气处理:低温等离子体技术可用于处理工业排放的废气,如印刷、油漆、化学品生产等领域。
低温等离子体技术处理VOCs在当今社会,挥发性有机污染物(VOCs)对环境和人类健康造成了严重的影响。
通过采用低温等离子体技术处理VOCs污染物,能有效减少其排放,保护生态环境。
本文将介绍低温等离子体技术处理VOCs的原理、应用及优势。
原理低温等离子体技术是一种利用等离子体体系催化氧化VOCs的技术。
等离子体是一种气体中部分或全部电离的状态,其中包括正离子、自由电子和激发态分子。
通过在低温下产生等离子体,在等离子体的作用下,VOCs被催化氧化为二氧化碳和水等无害物质。
这一过程是在较低的温度下进行的,避免了高温造成的能源浪费和设备磨损。
应用低温等离子体技术广泛应用于工业生产过程中VOCs污染物的处理。
例如,在印刷、油漆、化工等行业的生产过程中产生的VOCs可以通过低温等离子体技术进行净化处理。
此外,该技术还可以应用于垃圾焚烧、废气处理等环境保护领域。
优势低温等离子体技术处理VOCs的优势主要有以下几点:1.高效净化:等离子体的存在增加了VOCs的氧化反应速率,使处理效率更高。
2.节能环保:相比传统的高温氧化技术,低温等离子体技术不需要提高温度即可有效处理VOCs污染物,节约了能源并降低了碳排放。
3.安全可靠:低温等离子体技术在操作时不产生高温,减少了操作人员的安全风险。
4.适用范围广:低温等离子体技术适用于处理多种类型的VOCs污染物,具有较强的通用性。
综上所述,低温等离子体技术作为一种高效、节能、环保的VOCs处理技术,具有广阔的应用前景,对保护环境和促进可持续发展具有重要意义。
低温等离子体技术在VOCs和恶臭异味治理领域的应用双介质阻挡放电低温等离子体在VOCs及恶臭异味治理领域的应用摘要DDBD技术采用双介质阻挡放电(Double Dielectric Barrier Discharge,简称DDBD)形式产生等离子体,所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍,该技术是派力迪公司与复旦大学共同研发成功的。
自1994年由复旦大学开始研发,后来与派力迪合作研发,应用于工业恶臭、异味、有毒有害气体处理。
派力迪开创了DDBD技术大规模化工业应用的先河,该技术节能、环保,应用范围广,所有化工生产环节产生的恶臭异味几乎都可以处理,并对二恶英有良好的分解效果。
关键词VOCs处理;恶臭处理;DDBD低温等离子1.前言山东派力迪环保工程有限公司(简称派力迪公司)多年致力于双介质阻挡放电(DDBD)等离子体设备(简称DDBD设备)的研发及工程应用。
自1994年第一台等离子原理样机诞生以来,为了提高设备的运行稳定性、降低设备的制造成本、提高能量利用率、减少设备的运行费用、扩大设备的应用范围等,进行了无数次的改进,从2000年第一代工程应用产品到2014年的第五代产品,从套管式发展为排级式,目前DDBD设备单台处理能力达到了10万方/小时。
在DDBD设备工程应用方面,从2008年中石化齐鲁分公司腈纶厂废气治理工程开始,至今已经完成了120多个废气治理项目,涵盖了石油化工、农药行业、医药行业、皮革行业、造纸行业、食品行业等,治理的污染物质有酸类、醇类、醛类、硫化物、烯烃、烷烃、芳香烃、酚类、有机胺类、酮类、酯类、杂环类等挥发性有机物。
2.DDBD设备工作原理2.1 DDBD设备概念低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。
低温等离子体降解vocs应用低温等离子体降解VOCs 应用引言近年来,挥发性有机化合物(VOCs)成为环境保护的重点关注对象。
VOCs的大量排放对大气和环境质量造成了严重威胁,因此,降解VOCs 成为了一项急需解决的难题。
低温等离子体技术作为一种高效、环保的降解VOCs 的方法,日益受到研究者的关注。
本文将就低温等离子体降解VOCs 的应用进行详细分析,并阐述其具体的步骤和工作原理。
一、低温等离子体技术概述低温等离子体技术是指在常压下产生并维持低温等离子体状态的技术。
通过诱导等离子体活性物种(如阴、阳离子、自由基等)与VOCs 分子发生反应,从而实现VOCs 的降解与转化。
低温等离子体技术具有很多优点,例如反应温度低、反应速率快、反应选择性高、无需添加化学剂等,是一种十分有潜力的VOCs 处理技术。
二、低温等离子体降解VOCs 的步骤低温等离子体降解VOCs 是一个复杂的过程,通常包括前处理、低温等离子体体系设计、等离子体反应器设计以及VOCs 降解效果评价等步骤。
下面将逐一进行说明:1. 前处理:前处理的目的是减少VOCs 对低温等离子体反应器的干扰和污染,并提高反应效果。
常用的前处理方法包括气体过滤、冷凝去湿、沉降、吸附等。
2. 低温等离子体体系设计:低温等离子体体系设计要考虑等离子体活性物种的产生方式和反应器的结构。
等离子体活性物种的产生方式有辉光放电法、微波等离子体法、射线法等。
反应器的结构有规管反应器、非规管反应器和微波等离子体反应器等,根据具体的VOCs 处理需求选择适合的体系设计。
3. 等离子体反应器设计:等离子体反应器是进行低温等离子体降解VOCs 的核心组件。
根据具体的需求和反应特点,选择合适的反应器类型,考虑反应器的材料、体积、电极结构等参数的设计。
4. VOCs 降解效果评价:VOCs 降解效果评价是判定低温等离子体降解技术是否有效的关键指标。
通过气相色谱、质谱等分析技术对低温等离子体处理后的VOCs 进行定性和定量分析,评估处理效果,并与排放标准进行比对。
1.1 VOCs 的定义和来源挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs) , 一般指在标准状态下, 其蒸汽压大于13. 33 Pa以上的有机化合物。
VOCs 主要来源于:石油化工(包括塑料、橡胶、胶片) 、印刷、粘结、涂料和其他一些工艺,油漆、印刷、橡胶和塑料制品成型、感光胶片和显象管涂抹等生产过程中也要使用大量的有机溶剂, 这些有机溶剂主要为烃类、芳烃类、脂类、醇类、酮类等有机污染物。
1. 2 VOCs 处理现状传统处理VOCs 的方法主要有:吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物法、回收污染物法和光催化法,它们的特点如下: (1) 吸附法去除效率高、净化彻底、能耗低、工艺成熟、易于推广,但如果再生的液体不能回用,这些液体必须进行处理, 不仅可能造成二次污染,而且增加许多处理成本, 另外当废气中有气溶胶或其他杂质时,吸附剂易失效。
(2)直接燃烧法工艺成熟,在适宜的温度和保留时间下,处理率可达99 % ,但能耗高,投资大,易氧化空气中的N2。
(3) 催化燃烧法处理率在90 %~95 % ,只针对特定类型的化合物反应,能耗高、投资大(需贵重金属做催化剂) 、催化剂易中毒、可能产生二恶英。
(4)生物法主要是湿地过滤、生物过滤等,该法能耗低,但设备占地大,系统弹性小,需后处理受污染的生物群,如果连续进气,且废气中污染物的浓度和组分稳定,用该法处理成本很低,但是一般工业废气的污染物的浓度和组分经常波动。
(5) 回收污染物该法有利于生态循环,但投资成本高、运行费用高,回收的原料通常需要进一步安全处置。
(6) 光催化法反应过程快,效率高,且无二次污染问题,具有非常大的潜在应用价值。
但是在光催化过程中,对催化剂的要求较高,催化剂活性易降低,如何解决催化剂的失活问题成为该技术的关键。
而近几年发展起来的低温等离子体技术处理VOCs ,有其独特的优点:可在常温常压下操作;有机化合物最终产物为CO2、CO 和H2O ,若有机物是氯代物,则产物应加上氯化物,而无中间副产物,降低了有机物毒性,同时避免了其他方法中后期处理问题;无需考虑催化剂失活问题;工艺流程简单、运行费用低,是直接燃烧的一半;运行管理方便;对VOCs 的去除率高,对VOCs 的适应性强。
低温等离子体降解vocs应用-回复低温等离子体降解VOCs应用是当前环境保护和空气治理领域的一个重要研究方向。
随着工业化和城市化进程的加快,挥发性有机化合物(VOCs)的排放问题日益凸显,给大气质量和人类健康带来了严重威胁。
而低温等离子体降解VOCs技术作为一种高效、环保的治理方法,正逐渐受到广泛应用。
一、低温等离子体技术的基本概念和原理低温等离子体技术是通过高频电源产生等离子体,利用高能电子的碰撞效应使空气中的氧气分子产生活性物种(如氧离子、超氧阴离子等),从而实现VOCs的去除。
基本原理是通过氧化还原反应将VOCs降解为二氧化碳、水和无害的无机物。
相比传统的燃烧和吸附等方法,低温等离子体技术具有能耗低、无二次污染、高效等优点。
二、低温等离子体降解VOCs的工艺流程1. 筛选和准备催化剂:低温等离子体降解VOCs过程中,常采用催化剂协同降解的方式,因此需要筛选合适的催化剂,并对其进行预处理。
2. 筛选VOCs降解条件:包括等离子体产生的功率、频率以及工艺温度等参数的确定,以及催化剂的载体和比例等。
3. 设计反应器:根据工艺条件,设计等离子体反应器,包括选择合适的反应器类型、反应器内催化剂的分布和排布等。
4. 处理废气:对被处理的VOCs含量较高的废气,进行预处理,如除尘、脱湿等,以保证后续处理的有效性。
5. 低温等离子体降解:通过高频电源供给能量,产生等离子体,在催化剂的作用下,将VOCs降解为无害物质。
6. 收集和处理产物:收集经过降解的气体,根据需要进行后续处理,如除气、冷凝等,以回收有价值的物质。
三、低温等离子体降解VOCs技术的优势和应用1. 高效:低温等离子体技术对多种VOCs具有高效降解能力,在低温条件下即可实现高降解率。
2. 环保:相比传统的燃烧方法,低温等离子体技术无需额外燃料,降解产物中无二氧化硫、氮氧化物等有害物质的释放。
3. 节能:通过合理设计反应器和优化工艺条件,可以实现能耗的降低,减少对环境的不良影响。
低温等离子催化降解VOCs研究进展福建龙净环保股份有限公司 叶凯摘要:低温等离子催化技术能够实现VOCs的高效降解,在大风量、低浓度VOCs治理领域具有广阔的应用前景。
文章从催化剂布置、放电反应器形式、催化剂活性组分及载体、VOCs特征污染物等方面概述了近年来国内外低温等离子协同催化去除VOCs的实验研究进展,并对该技术的发展方向进行了展望。
关键词:低温等离子体;催化剂;挥发性有机物(VOCs);催化中图分类号:O643.36 文献标识码:A 文章编号:2096-4595(2020)43-0190-0002近年来,工业领域VOCs减排成为我国亟待解决的大气环保问题,各地高度重视并提出了愈趋严格的排放标准和要求,促进了VOCs治理技术的发展。
常见的VOCs废气治理技术包括吸附法、蓄热式燃烧法、低温等离子体法、光催化分解法等,其中低温等离子技术是近年来新兴的低浓度VOCs废气处理方法,在常温常压条件下可产生大量高能电子、·OH和·O、O3等具有强氧化性的活性粒子,使VOCs分子解离,然后引发一系列复杂的物理、化学反应,使复杂大分子(VOCs)污染物转变为无毒或低毒性的小分子,该技术因具有运行管理方便、操作条件温和、工艺流程简单等诸多优点获得了广泛研究[1]。
但是单独低温等离子技术存在降解率较低、中间产物沉积及能耗较高等问题,为进一步解决上述问题,低温等离子与催化技术的协同作用成为近年来的研究热点。
本文从催化剂布置、放电反应器形式、催化剂活性组分及载体、VOCs特征污染物等方面概述了近年来国内外低温等离子协同催化去除VOCs 实验研究进展,并对该技术的发展进行了展望。
一、催化剂布置方式研究进展根据催化剂与等离子放电区的相对位置,低温等离子协同催化反应系统主要包括将催化剂布置于等离子反应区内的一段式等离子协同催化(In-plama catalysis,IPC),以及将催化剂布置于等离子反应区下游的二段式等离子协同催化系统(Post plasma catalysis,PPC)。
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展在现代工业生产与生活中,废气排放问题逐渐引起人们的关注。
废气中含有大量的有害气体和颗粒物,严重污染了环境,危害了人类健康。
因此,研究废气处理技术变得尤为重要。
近年来,低温等离子体协同催化技术作为一种新兴的废气处理技术备受关注,其在废气净化中展现出了良好的效果。
1. 低温等离子体技术简介低温等离子体是一种热带电离气体,在较低的温度下就可以形成。
利用电场、射频场或微波等原理激发气体,使之成为电离态,形成等离子体。
低温等离子体具有高活性、高能量的特点,可在常温下进行废气净化。
2. 催化剂在废气净化中的作用催化剂在废气净化中能够提高反应速率,降低反应温度,增加反应选择性。
通过选择合适的催化剂,可以实现高效的废气净化效果。
在低温等离子体协同催化技术中,催化剂的选择和设计尤为关键。
3. 低温等离子体协同催化技术原理低温等离子体与催化剂相结合,可产生协同效应。
低温等离子体能够激活废气中的有机物和气态污染物,提高其活性,使其更容易与催化剂发生反应。
催化剂则能够提高反应速率和选择性,促进有害气体转化为无害产物。
4. 低温等离子体协同催化净化废气的应用目前,低温等离子体协同催化技术已广泛应用于VOCs(挥发性有机物)的处理、NOx(氮氧化物)的还原、氮氧化物的选择性催化还原等领域。
在实际工程应用中,该技术具有较好的稳定性和效果,并已在一些工业废气处理装置中得到了应用。
5. 未来展望随着环境保护要求的提高,低温等离子体协同催化技术将得到更广泛的应用。
未来的研究重点将集中在提高催化剂的选择性和稳定性、优化反应条件以及降低技术成本等方面,以实现对废气净化效率的进一步提升。
综上所述,低温等离子体协同催化技术作为一种高效的废气处理技术,具有很好的应用前景。
随着技术的不断进步和完善,相信在未来能够更好地服务于环境保护和人类健康的需要。
低温等离子体催化降解有机废气的应用前景研究- 废气处理【摘要】低温等离子体催化技术被认为是有机废气治理的高新技术之一。
本文主要介绍了低温等离子体催化技术的理论基础和研究现状。
低温等离子体催化技术具有操作简便、不产生副产物、处理效率高等优点,尤其适用于低浓度大风量的有机废气治理,具有广阔的应用前景。
背景有机废气主要指挥发性有机化合物,挥发性有机化合物(volatile organic compounds,简称vocs)是指室温下饱和蒸汽压大于70.91pa,在空气中沸点在260℃以下的有机物。
有机废气主要来源于石油化工、印刷、涂料和其他一些工艺。
传统的vocs治理方法主要有吸附法、液体吸收法、冷凝法、吸附-催化燃烧法、光催化法和生物降解法等,但是这些传统的治理工艺在处理低浓度大风量的有机废气存在一些缺点和不足。
近年来兴起的低温等离子体催化技术由于具有操作简便、投资少、处理效率高等优点,被广泛应用于低浓度大风量的有机废气治理。
1.低温等离子体的定义等离子体就是处于电离状态的气体,其英文名称为plasma。
等离子体是被称作除固态、液态和气态之外的第四种物质存在形态。
它是由大量带电粒子(离子、电子)和中性粒子(原子、激发态分子及光子)所组成的体系,因其总的正、负电荷数相等,故称为等离子体根据等离子体的粒子温度,可以把等离子体分为两大类,即热平衡等离子体和非平衡等离子体。
当电子温度te=离子温度ti时,称为热平衡等离子体,简称为热等离子体。
这类等离子体不仅电子温度高,其他粒子温度也高。
当te>>ti时,称为非平衡态的等离子体。
其电子温度可高达104k以上,而离子和原子之类等其他粒子温度却可低至300~500k,因此也叫做低温等离子体。
2.低温等离子体催化技术去除有机废气的机理有研究指出[1]:对于有机物在低温等离子体中的氧化降解机理,反应主要有以下几个过程:(1)是低温等离子体中的高能电子与气体分子、原子发生非弹性碰撞,将能量转换成基态分子、原子的内能,发生激发、离解和电离等一系列过程,使气体处于活化状态;(2)在碰撞过程中产生了大量的o、oh、ho2等自由基和活性粒子及氧化性极强的o3,这些活性物种很容易与处于活化状态的气体发生化学反应。
1引言雾霾中含有的一些物质在空气中会发生光化学反应,影响环境和人类健康[1-3]。
研究表明,雾霾中主要物质为有机气溶胶类物质,而有机气溶胶的重要前驱物为挥发性有机物(Volatile Organic Compounds 常用VOCs 表示),不仅会造成环境污染(会产生二次气溶胶和臭氧等),还会影响人类的生理机能和身体健康[4-5]。
VOCs 的主要来源是工业源废气和交通尾气的排放[6],世界卫生组织(WHO ,1989)将其定义为熔点低于室温,沸点在50~260℃之间的挥发性有机化合物的总称。
其中,工业源排放的VOCs 按产生来源主要可分为喷漆废气、塑料及塑胶废气、定型废气、化工有机废气和印刷废气;按其组分和特性不同一般可分为碳氢化合物、酯类化合物、含氮有机物、有机卤化物、有机硫化物。
VOCs 通常具有毒性、刺激性、致癌性和特殊性气味,对人体的皮肤和黏膜等器官和人类身体健康造成危害。
其中,苯系物是一类典型的VOCs [7],因其具有较好的稳定性,且与大多数有机物互溶,通常作为工业生产的有机溶剂。
但苯系物其本身具有毒性,长期暴露于含有苯系物的空气中会影响身体健康。
因此,采取有效措施减少含有苯系物的VOCs 的排放,并加强VOCs 的治理是未摘要:VOCs 不仅直接对人体产生危害,而且在大气中参与光化学反应引发雾霾和其他污染天气。
近年来,低温等离子体技术因其在室温下具有反应速率快、高效性受到广泛关注。
介绍了低温等离子体的定义、分类、工作机理等方面,并着重阐述了几种影响低温等离子体降解VOCs 的因素。
现阶段研究表明,反应器模块、电源参数、输送气体、臭氧浓度、湿度及污染物浓度等因素在低温等离子体技术及低温等离子体协同其他技术降解VOCs 时起到了关键性作用。
关键词:挥发性有机物;低温等离子体;催化剂Abstract :Volatile Organic Compounds (VOCs )is not only directly harmful to human health ,but also involved inphotochemical reactions in the atmosphere ,which causing smog and other polluted weather.Recently ,it has beenfound that low-temperature plasma technology has attracted widespread attention due to its rapid reaction rate and high efficiency at room temperature.In this paper ,introduces the definition ,classification ,working mechanism and other aspects of non-thermal plasma ,and focuses on several factors that affect non-thermal plasma degrada-tion of VOCs.Researches shown that factors such as reactor modules ,power supply parameters ,transport gas ,o-zone concentration ,humidity ,and contaminant concentration play a key role in non-thermal plasma technology and non-thermal plasma combined with other technologies for the degradation of VOCs.Key words :volatile organic compounds ;non-thermal plasma ;catalysts中图分类号:X51文献标识码:A文章编号:1674-1021(2019)02-0022-05张硕梁旭于欣扬李家仁齐蕴博周伟沈欣军(沈阳工业大学理学院,辽宁沈阳110870)收稿日期:2018-11-16;修订日期:2019-02-21。
作者简介:张硕,女,1993年生,硕士研究生在读,主要研究方向为等离子体技术在大气污染治理中的应用。
*通讯作者:沈欣军,男,1973年生,副教授,主要研究方向为等离子体技术在环境污染治理中的应用,E-mail :11114027@ 。
基金项目:辽宁省科学事业公益研究基金(GY-2017-0013);沈阳市科技计划项目(17-231-1-19)。
*来发展趋势。
目前,国内外降解VOCs 的技术可分为两类:一类是采用物理化学方法的回收技术,另一类是将VOCs 氧化分解为无毒或低毒物质的销毁技术。
目前,主要的回收技术有吸收法、吸附法、膜处理技术,销毁技术有燃烧法、生物法、光催化法、等离子体法。
由于自身的特点和适用范围,上述这些降解技术在去除VOCs 的机理上具有很大差异,因此降解方式也不同。
其中,吸附和催化燃烧法在实际工程中应用较为广泛;焚烧法最早是用于降解高浓度VOCs 处理技术之一;低温等离子体法是集合物理、化学和环境学于一体的新型技术,可以对环境中的污染物兼具物理作用和化学作用。
Li Y [8]发现采用低温等离子和催化剂降解苯与乙醛时,特别是降解低浓度乙醛,CO 2选择率达到100%(即乙醛完全转化为CO 2),降解效果较为显著。
因此,低温等离子体技术在大气污染治理领域中起到重要的作用。
2等离子体技术2.1等离子体定义1879年,朗缪尔在研究水银蒸气的离子化状态时第一次引入“Plasma ”这个单词,并首次把电离气体称作“等离子体”。
之后,在19世纪60年代我国将低温等离子体技术应用在航天、喷涂和其他材料合成等方面,直到1997年才将等离子体技术应用在大气污染治理领域中。
等离子体是由带电的正粒子、负粒子(包括正离子、负离子、电子、自由基和活性基团等)组成的集合体,其中正电荷和负电荷电量相等,故称等离子体,它们在宏观上呈电中性。
等离子体由电子、离子、自由基和中性粒子所组成,是导电的流体,总体上保持电中性[9]。
图1所示为等离子体技术在发现和使用过程中的发展历史。
图1等离子体技术的应用发展简史2.2低温等离子分类等离子体学科是由等离子体物理、等离子体化学以及等离子体科学或等离子体工程等组成的交叉学科,按不同的标准可做不同的分类[10],见图2。
图2等离子体技术分类低温等离子体技术可以在室温下获得大量高能活性物质,这些高能活性物质参与VOCs 的降解过程,进而将其降解为无毒无害的物质。
与传统技术相比,低温等离子体不用额外增加加温装置,在降解过程中也具有一定优越性,因此,低温等离子体降解VOCs 技术符合当今污染物降解需求。
3低温等离子体降解VOCs 机理低温等离子体技术降解VOCs 的基本原理:高能电子与气体分子或原子发生非弹性碰撞引发自由基,自由基和有机气体分子结合反应,达到净化的目的[11]。
在高能电子的作用下,气体能够被激发产生大量活性基团、原子和离子等物质,进而引发在常规化学反应中难以实现的一些物理变化和化学反应。
主要的反应类型如图3[12]所示。
图3等离子体区域发生的化学反应类型开空气催化剂结合电晕放电分解烟气或CH 4e+A 2→e+A 2*A+B →A*+Bhv+A →A*A+B*→A*+B→A+hvA+A+B →A 2+BA+B+→AB A++e →A+hv A*+B →AB*A 2+B →A+A+BA 2+hv →A+A e+A 2→e+A+A }}过程中不仅发生非弹性碰撞使有机物分解,而且低温等离子体放电时放电空间产生大量的电子和活性自由基、离解原子、激发态分子等粒子,它们具有较高的反应活性,通过电解可以产生较高的电离能,能够去除一些难以去除的化学物质。
4低温等离子体降解VOCs的影响因素低温等离子体可以在室温条件下产生高能电子并使气体的温度保持在常温。
由于低温等离子技术具有反应速率快、去除效果好、无二次污染等特点,文献中有利用低温等离子技术降解各种VOCs,如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、丙酮等[13-17]。
其中,低温等离子体降解VOCs的影响因素有反应器模块、电源参数、输送气体、臭氧浓度、湿度及污染物浓度。
4.1反应器模块不同放电形式的等离子体降解污染物时降解效率也不尽相同。
左莉等[18]对空气中氨、硫化氢等5种气态污染物进行净化,发现与介质阻挡放电相比,脉冲电晕放电具有更好的净化效果,并指出低温等离子体方法不仅可降解VOCs,还能去除NO X等其他大气污染物。
此外,低温等离子体反应器的模块直接影响气体放电的特性[19],通过反应器模块优化可以提高污染物的降解效果。
目前,反应器可以从以下几个方面进行优化:反应器结构、放电电极直径和材料、放电间隙。
竹涛等[13]发现在管式DBD放电反应器中直径和介质管径存在最佳尺寸比,且污染物降解率和尺寸比有关。
戴绍龙[20]探究不同介质材质及各种形式的放电极板对污染物去除效果的影响,发现不同介质材料产臭氧能力是不同的,而臭氧浓度直接影响污染物的降解,同时指出放电现象与电极的曲率有关,曲率半径越大越难发生放电现象。
4.2电源参数低温等离子体反应器电源参数对污染物去除效输入频率、特定输入能量(SIE)等参数提高VOCs的降解效率。
SOTAS等[21]利用直流、交流放电耦合技术,通过填充床DBD放电和滑动弧放电,实现毛细管管内放电,同时也放大了放电长度,使VOCs的降解效率得以提升。
4.3输送气体输送气体组分不同时产生的高能活性基团也不尽相同,这些高能活性基团会对VOCs的降解效率产生影响。
在等离子体降解VOCs过程中常见的2种活性基团为OH·和O3(氧化还原电位分别为2.80,2.07V),二者在反应中起着主要的作用。
在输送气体参与反应的过程中,分子被激发电离为活性物质,并参与污染物的降解。
L i Y[8]探究不同输送VOCs的气体,发现在以纯氧气为输送气体条件下不仅使乙醛的降解率升高,而且相对于在空气和氮气为输送气体的条件下产生较少的副产物,并指出在没有氧分子的纯氮气条件下,氮气被电离成激发态并参与VOCs降解。
此外,L iu Y N[22]等指出以氮气为输送气体时,氮气在低温等离子体反应器内被激发并参与丁基硫醇的降解。
4.4臭氧浓度在低温等离子体和VOCs反应时,大多数气体在放电作用下会发生电化学反应,其中起到主要作用的物质为活性基团和臭氧。