導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置及方法，屬于等離子體放電領域與環境污染物處理領域。
【背景技術】
[0002]有機污染物(如苯、甲醛等)是生產生活中常見的污染物，其存在會影響人體健康，在生產過程中也可能會發生腐蝕設備、堵塞管道等危害。
[0003]等離子體放電通過放電激發出大量高能活性粒子，與目標分子之間發生碰撞，可起到破壞分子結構的作用，能夠對污染物起到降解作用。當前應用較多的介質阻擋等離子放電方法存在能耗較高等問題。
[0004]活性炭具有很強的吸附作用，可將有機污染物吸附于孔隙中，吸附一定量的有機污染物后，活性炭會達到飽和狀態，需要進行更換和再生。活性炭再生通常采用熱法，能耗較大，且再生與再活化過程較為復雜。
【發明內容】
[0005]本發明針對低濃度有機污染物處理方式的不足，提供一種導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置及方法。
[0006]導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置包括高壓金屬網電極、導電炭、第N-1反應腔、低壓金屬網電極、氣流分布板、第N-1氣體流量電控閥、進氣管路、單片機工控板、第N氣體流量電控閥、第N反應腔、低壓電極、高壓等離子協同電源、高壓電極、切換器、出氣管路；并聯設有兩個以上相同結構的第N-1反應腔、第N反應腔，其中，第N-1反應腔內從上到下順次設有有高壓金屬網電極、導電炭、低壓金屬網電極、氣流分布板；高壓金屬網電極經切換器與高壓電極相連，切換器用于控制高壓金屬網電極的通斷，低壓金屬網電極與低壓電極相連，高壓電極、低壓電極由高壓等離子體電源供電；第^1反應腔、第N反應腔上端與出氣管路相連，第N-1反應腔、第N反應腔下端分別經與第N-1氣體流量電控閥、第N氣體流量電控閥與進氣管路相連，第N-1氣體流量電控閥、第N氣體流量電控閥、切換器由單片機工控板控制。
[0007]導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物方法是:將具有高比表面積高導電性的導電炭填充于反應腔內，低壓金屬網電極與高壓金屬網電極起到承托與約束作用，將含有低濃度有機污染物的混合氣體通過導電炭床層，導電炭通過其優良的孔隙率對有機污染物進行吸附濃縮；吸附完成后，由進氣管路通入0.15?0.25MPa壓力的水蒸氣、氧氣與氮氣混合氣體，氣流分布板使氣體均勻進入反應腔，通過單片機工控板控制第N-1氣體流量電控閥、第N氣體流量電控閥開度，使反應腔兩端出現規律性壓差變化，導電炭被吹起至腔體上部后均勻落下，低壓電極與高低壓電極由高壓等離子體電源供電，低壓電極與低壓金屬網電極相連，高壓電極由切換器分為兩路，分別與反應腔的高壓金屬網電極相連，由單片機工控板控制電極間的切換，在導電炭均勻下落時，切換該反應腔內的高壓電極為導通態，在高壓電的作用下導電炭顆粒間被擊穿，在反應腔內形成放電體，產生等離子體并激發大量活性基團，使導電炭吸附的有機污染物在這一過程中析出并降解，同時導電炭得到再生。
[0008]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
1.利用導電炭良好的多孔性和導電性，對低濃度有機污染物進行吸附，使有機污染物濃縮于導電炭中，再通過等離子體放電使有機污染物脫附、降解。該裝置能夠對低濃度的有機污染物進行濃縮后處理，降低了低濃度有機污染物處理難度與處理能耗。
[0009]2.通過調節閥門氣流量，實現了反應腔兩端壓差的循環變化，與導電炭的床層阻力相互作用，使導電炭在較小氣體流量下呈現有規律的流動，并通過在反應腔兩端施加電壓實現了等離子體放電。通過多腔體并聯協同工作，可抵消電壓與氣流變化引起的波動，使整個裝置穩定運行。該等離子體放電過程十分密集，且與介質阻擋放電相比能耗極小。
[0010]3.炭顆粒上的有機污染物在焦耳熱等因素的作用下從炭顆粒表面脫附，并與等離子放電產生的大量活性基團碰撞，發生裂解、氧化等降解反應。在這一過程中，導電炭得到再生。該裝置可對導電炭進行循環利用。
【附圖說明】
[0011]圖1是導電炭結合等離子放電體濃縮降解有機污染物裝置結構示意圖；
圖2是本發明實施例的工況示意圖；
圖中:高壓金屬網電極1、導電炭2、第一反應腔3、低壓金屬網電極4、氣流分布板5、第一氣體流量電控閥6、進氣管路7、單片機工控板8、第二氣體流量電控閥9、第二反應腔10、低壓電極11、高壓等離子協同電源12、高壓電極13、切換器14、出氣管路15。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置包括高壓金屬網電極1、導電炭2、第N-1反應腔3、低壓金屬網電極4、氣流分布板5、第N-1氣體流量電控閥6、進氣管路7、單片機工控板8、第N氣體流量電控閥9、第N反應腔10、低壓電極11、高壓等離子協同電源12、高壓電極13、切換器14、出氣管路15 ;并聯設有兩個以上相同結構的第N-1反應腔3、第N反應腔10，其中，第N-1反應腔3內從上到下順次設有有高壓金屬網電極1、導電炭2、低壓金屬網電極4、氣流分布板5 ;高壓金屬網電極I經切換器14與高壓電極13相連，切換器14用于控制高壓金屬網電極的通斷，低壓金屬網電極4與低壓電極11相連，高壓電極13、低壓電極11由高壓等離子體電源12供電；第N-1反應腔3、第N反應腔10上端與出氣管路15相連，第N-1反應腔3、第N反應腔10下端分別經與第N-1氣體流量電控閥6、第N氣體流量電控閥9與進氣管路7相連，第N-1氣體流量電控閥6、第N氣體流量電控閥9、切換器14由單片機工控板8控制。
[0013]導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物方法是:將具有高比表面積高導電性的導電炭2填充于反應腔3內，低壓金屬網電極4與高壓金屬網電極I起到承托與約束作用，將含有低濃度有機污染物的混合氣體通過導電炭2床層，導電炭通過其優良的孔隙率對有機污染物進行吸附濃縮；吸附完成后，由進氣管路7通入0.15?0.25MPa壓力的水蒸氣、氧氣與氮氣混合氣體，氣流分布板5使氣體均勻進入反應腔，通過單片機工控板8控制第N-1氣體流量電控閥6、第N氣體流量電控閥9開度，使反應腔兩端出現規律性壓差變化，導電炭2被吹起至腔體上部后均勻落下，低壓電極11與高低壓電極13由高壓等離子體電源12供電，低壓電極11與低壓金屬網電極4相連，高壓電極13由切換器14分為兩路，分別與反應腔的高壓金屬網電極I相連，由單片機工控板8控制電極間的切換，在導電炭均勻下落時，切換該反應腔內的高壓電極13為導通態，在高壓電的作用下導電炭顆粒間被擊穿，在反應腔內形成放電體，產生等離子體并激發大量活性基團，使導電炭吸附的有機污染物在這一過程中析出并降解，同時導電炭得到再生。
[0014]如圖2所示，圖中:以2秒為一周期，通過氣體流量電控閥分別控制I號腔體和2號腔體內的氣體流量，使流量呈現周期性波動。兩個腔體的波動呈現1.5秒的時間差。通過電壓切換器14控制I號腔體兩端電壓通斷，取氣流減小期內一段時間通電，使電壓與氣流耦合，從而使裝置內發生放電反應。
【主權項】
1.一種導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置，其特征在于:包括金屬網高壓電極(I)、導電炭(2)、第N-1反應腔(3)、金屬網低壓電極(4)、氣流分布板(5)、第N-1氣體流量電控閥(6 )、進氣管路(7 )、單片機工控板(8 )、第N氣體流量電控閥(9 )、第N反應腔(10)、低壓電極(11)、等離子協同高壓電源(12)、高壓電極(13)、切換器(14)、出氣管路(15);并聯設有兩個以上相同結構的第N-1反應腔(3)、第N反應腔(10)，其中，第N-1反應腔(3)內從上到下順次設有有高壓金屬網電極(1)、導電炭(2)、低壓金屬網電極(4)、氣流分布板(5);高壓金屬網電極(I)經切換器(14)與高壓電極(13)相連，切換器(14)用于控制高壓金屬網電極的通斷，低壓金屬網電極(4)與低壓電極(11)相連，高壓電極(13)、低壓電極(11)由高壓等離子體電源(12)供電；第N-1反應腔(3)、第N反應腔(10)上端與出氣管路(15)相連，第N-1反應腔(3)、第N反應腔(10)下端分別經與第N-1氣體流量電控閥(6)、第N氣體流量電控閥(9)與進氣管路(7)相連，第N-1氣體流量電控閥(6)、第N氣體流量電控閥(9)、切換器(14)由單片機工控板(8)控制。
2.一種使用如權利要求1所述裝置的導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物方法，其特征在于:將具有高比表面積高導電性的導電炭(2)填充于反應腔(3)內，低壓金屬網電極(4)與高壓金屬網電極(I)起到承托與約束作用，將含有低濃度有機污染物的混合氣體通過導電炭(2)床層，導電炭通過其優良的孔隙率對有機污染物進行吸附濃縮；吸附完成后，由進氣管路(7)通入0.15?0.25MPa壓力的水蒸氣、氧氣與氮氣混合氣體，氣流分布板(5 )使氣體均勻進入反應腔，通過單片機工控板(8 )控制第N-1氣體流量電控閥(6 )、第N氣體流量電控閥(9)開度，使反應腔兩端出現規律性壓差變化，導電炭(2)被吹起至腔體上部后均勻落下，低壓電極(11)與高低壓電極(13)由高壓等離子體電源(12)供電，低壓電極(11)與低壓金屬網電極(4)相連，高壓電極(13)由切換器(14)分為兩路，分別與反應腔的高壓金屬網電極(I)相連，由單片機工控板(8)控制電極間的切換，在導電炭均勻下落時，切換該反應腔內的高壓電極(13)為導通態，在高壓電的作用下導電炭顆粒間被擊穿，在反應腔內形成放電體，產生等離子體并激發大量活性基團，使導電炭吸附的有機污染物在這一過程中析出并降解，同時導電炭得到再生。
【專利摘要】本發明公開了一種導電炭結合等離子體放電濃縮降解有機污染物裝置及方法。并聯設有兩個以上相同結構的第N-1反應腔、第N反應腔，其中，第N-1反應腔內從上到下順次設有有高壓金屬網電極、導電炭、低壓金屬網電極、氣流分布板；高壓金屬網電極經切換器與高壓電極相連，切換器用于控制高壓金屬網電極的通斷，低壓金屬網電極與低壓電極相連，第N-1反應腔、第N反應腔上端與出氣管路相連，第N-1反應腔、第N反應腔下端分別經與第N-1氣體流量電控閥、第N氣體流量電控閥與進氣管路相連。本發明克服了低濃度有機污染物處理的難點；同時，在較低能耗下利用導電炭為介質實現了等離子體放電，并對導電炭進行了再生。
【IPC分類】B01J20-20, B01J20-34, B01D53-04
【公開號】CN104772005
【申請號】CN201510167590
【發明人】肖剛, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤, 鄭成航
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月10日