一種具有電極自清潔作用的等離子體反應裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及大氣污染物控制技術領域，尤其涉及一種治理有機廢氣的自清潔電極等離子體反應裝置。
【背景技術】
[0002]低溫等離子體技術處理有機廢氣是新型凈化方法。低溫等離子體被認為是物質的第4種存在形態(除固態、液態和氣態之外)，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導電性流體。低溫等離子體可由氣體在直流電暈放電、脈沖電暈放電、介質阻擋放電等過程中產生。低溫等離子體包含的高能電子、羥基自由基、氧原子等活性粒子共同作用可將有機廢氣降解成CO2、Η2θ和其他產物。
[0003]例如，授權公告號為CN202231939U的中國實用新型專利公開了一種等離子體反應器。這種等離子體反應器，包括:上部電極、下部電極和電源，所述下部電極和所述電源連接，所述上部電極與所述下部電極之間形成等離子體反應腔室，所述上部電極是中部外凸的曲面體。許多學者的實驗研究及示范工程表明低溫等離子體技術處理VOCs具有適用范圍廣、一次性投資成本低、能量利用率高、設備維護簡單、費用低等優點。
[0004]但其中仍存在兩個關鍵問題一直制約著該技術的大范圍推廣使用:
[0005]I)去除率低:《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》規定各行業需進行VOCs控制，凈化率不小于90%。低溫等離子體處理易降解VOCs廢氣(如甲硫醚、乙硫醇、二甲胺等)時去除率高，可達95 %以上。但處理芳香烴類VOCs (如苯、甲苯、二甲苯等)去除率在50 % -70%之間，達不到《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》的凈化要求。
[0006]2)存在安全隱患:低溫等離子體去除有機廢氣示范工程曾有發生火災和爆炸事故。事故調查結果及相關研究表明，低溫等離子體在去除有機廢氣過程中部分有機廢氣分子不完全降解會聚合生成氣溶膠。氣溶膠通過自由沉降和靜電吸附作用，易積聚在放電極表面。放電極不及時清理保養將引起設備放電異常，如火花放電，可能導致引燃積聚在電極上的二次污染物，從而引起火災或爆炸事故。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型提供一種具有電極自清潔作用的等離子體反應裝置，利用等離子體和光催化過程產生的高能電子和其他各種自由基，將有機廢氣分子氧化成二氧化碳和水，放電極上設置T12催化劑，可有效抑制氣溶膠沉積在電極上，具有電極自清潔作用。
[0008]—種具有電極自清潔作用的等離子體反應裝置，包括帶有進氣口和出氣口的石英管體，所述石英管體外壁設置接地的銅電極，還包括:設置于所述石英管體軸心處的光催化電極，該光催化電極外接高壓電源；以及圍繞所述光催化電極設置的若干紫外燈。
[0009]本實用新型有效將光催化和等離子體結合在一起，大大提高有機廢氣的去除率。放電電極表面聚集大量光催化作用產生的超氧負離子、羥基自由基等活性粒子以及介質阻擋放電產生的低溫等離子體，可及時將放電極表面接觸的氣溶膠氧化為COdPH2O等，從而避免放電極二次污染物大量積聚。另外，本實用新型研究表明在低溫等離子體環境中加入光催化劑，可增強VOCs降解時CO2的選擇性，減少氣溶膠生成。
[0010]本專利采用光催化電極介質阻擋放電產生低溫等離子體，通過低溫等離子體協同光催化，提高有機廢氣去除率，同時抑制放電極氣溶膠積聚，消除安全隱患。
[0011]優選地，所述光催化電極具有3D網狀多孔結構，包括2-50nm的介孔和大于50且小于10nm的大孔，孔隙率為80-90%。
[0012]本實用新型的光催化電極本身可直接采用本領域公知的光催化電極及制備方法，本實用新型中，所述光催化電極為負載T12的燒結金屬纖維制備而成的電機，所述燒結金屬纖維為鎳鉻合金纖維。光催化電極用高壓導線與外置高壓電源連接。
[0013]優選地，所述石英管體兩端由絕緣固定座封端，所述絕緣固定座上帶有用以固定放電電極和紫外燈的卡槽。所述絕緣固定座為聚四氟乙烯絕緣固定座，放電電極和所有紫外燈均安裝在該絕緣固定座上。
[0014]優選地，所述紫外燈的設置以放電電極為中心均勻環繞在放電電極外。
[00? 5] 進一步優選地，紫外燈與放電電極之間的間距為5mm?10mm。
[0016]更進一步地，紫外燈的設置數量為2?4根。
[00?7]更進一步地，所述紫外燈釋放波長254nm紫外光線。
[0018]紫外燈作為光催化介質的光源，其設置距離和設置密度的優化可提高光催化效率，進一步減少氣溶膠的生成。
[0019]優選地，所述石英管體的長度為180mm?250mm，內徑為20?40mm，放電電極的直徑為Imm?2_。石英管體的壁厚為3_5mm。
[°02°]最優選地，所述石英管體的長度為200mm，內徑為24mm，放電電極的直徑為1.5mm。
[0021]利用本實用新型處理有機廢氣的方法如下:將有機廢氣從進氣口通入石英管體內，放電電極接入高壓電源，銅電極接地，紫外燈照射放電電極，對有機廢氣進行凈化處理，凈化后氣體由出氣口排出。
[0022]優選地，所述高壓電源的電壓為30?100kV，所述紫外燈的功率為150w?200w;所述有機廢氣在石英管體內的停留時間Is?5s。
[0023]與現有技術相比，本實用新型具有以下優勢:
[0024]本實用新型在相同能耗下比傳統等離子體反應器對有機廢氣有更高去除率。光催化電極的設置可以避免有機廢氣分解過程形成氣溶膠并沉積在電極上，減少安全隱患。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型裝置的結構示意圖；
[0026]圖2a和圖2b為光催化電極電鏡掃描圖(5000X )(圖2a為負載T12前；圖2b為負載T12后);
[0027]圖3甲苯在各種反應器中的降解情況圖；
[0028]圖4不同電極在長時間運行中對甲苯的降解情況圖；
[0029]圖中:1-石英管體;2-放電電極;3-銅電極;4-紫外燈;5-絕緣固定座;6_進氣口； 7_出氣口。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，一種等離子體反應器，包括石英管體I，石英管體I的兩端由絕緣固定座5封端，絕緣固定座為聚四氟乙烯制成，絕緣固定座上帶有卡槽，石英管體一端并靠近對應絕緣固定座處設有進氣口 6，石英管體另一端且靠近對應絕緣固定座處設有出氣口 7，石英管體I外壁上設置銅電極3，銅片包覆在石英管體外，接地。
[0031]石英管體I的軸心處設置放電電極2，放電電極2為光催化電極，負載T12的燒結金屬纖維(SMF)制備而成，光催化電極用高壓導線與外置高壓電源連接。本實施方式中，燒結金屬纖維(SMF)的成分為鎳鉻合金纖維，具有3D網狀多孔結構，孔徑以介孔(2-50nm)和大孔(>50nm)為主，孔隙率為80-90%，其電鏡掃描圖如圖2所示。
[0032]放電電極2外周環繞紫外燈4，紫外燈釋放波長254nm紫外光線，紫外燈與放電電極之間的間距為5mm?10mm，紫外燈的設置數量為2?4根。放電電極和所有紫外燈的兩端均與對應絕緣固定座的卡槽固定。
[0033]石英管體的壁厚3_5mm，長度為180mm?250mm，內徑為20?40mm，放電電極的直徑為Imm?2mm。
[0034]將有機廢氣從進氣口通入石英管體內，放電電極接入高壓電源，銅電極接地，紫外燈照射放電電極，對有機廢氣進行凈化處理，凈化后氣體由出氣口排出。
[0035]實施例1
[0036]采用如圖1所示反應器降解甲苯廢氣，石英管體長200mm，內徑24mm，光催化電極直徑1.5mm。甲苯廢氣的進口濃度為160mg/m3，停留時間為4s。
[0037]甲苯廢氣在配置有不同放電極的反應器中的降解情況如圖3所示，從圖中可以看出在紫外燈打開的情況下，具有光催化電極(SMF+Ti02+UV)的反應器對甲苯的去除率要遠高于其他電極下的反應器。當輸入電壓在40kV時，甲苯的去除率達到90%以上。
[0038]圖4為具有光催化電極的等離子體反應器(本實用新型裝置)和相同尺寸下的普通電極反應器長時間運行下對甲苯的去除結果圖，圖4中可以看出，光催化電極的等離子體反應器穩定運行25天內，甲苯的去除率均在90 %以上，去除率無明顯下降。而普通反應器剛開始運行時，甲苯去除率在61%左右，運行25天后，去除率下降至54%。由圖4的結果可知本實用新型光催化電極的設置可以避免有機廢氣分解過程形成氣溶膠并沉積在電極上，延長電極使用壽命，減少安全隱患。
[0039]以上所述僅為本實用新型專利的具體實施案例，但本實用新型專利的技術特征并不局限于此，任何相關領域的技術人員在本實用新型的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新型的專利范圍之中。
【主權項】
1.一種具有電極自清潔作用的等離子體反應裝置，包括帶有進氣口和出氣口的石英管體，所述石英管體外壁設置接地的銅電極， 其特征在于，還包括: 設置于所述石英管體軸心處的光催化電極，該光催化電極外接高壓電源； 以及圍繞所述光催化電極設置的若干紫外燈。2.根據權利要求1所述等離子體反應裝置，其特征在于，所述光催化電極具有3D網狀多孔結構，包括2-50nm的介孔和大于50且小于10nm的大孔，孔隙率為80-90 %。3.根據權利要求1所述等離子體反應裝置，其特征在于，所述石英管體兩端由絕緣固定座封端，所述絕緣固定座上帶有用以固定放電電極和紫外燈的卡槽。4.根據權利要求1所述等離子體反應裝置，其特征在于，所述紫外燈的設置以放電電極為中心均勻環繞在放電電極外。5.根據權利要求4所述等離子體反應裝置，其特征在于，紫外燈與放電電極之間的間距為5mm?1mm06.根據權利要求5所述等離子體反應裝置，其特征在于，紫外燈的設置數量為2?4根。7.根據權利要求1所述等離子體反應裝置，其特征在于，所述石英管體的長度為180mm?250mm，內徑為20?40mm，放電電極的直徑為Imm?2mm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有電極自清潔作用的等離子體反應裝置，包括帶有進氣口和出氣口的石英管體，所述石英管體外壁設置接地的銅電極，還包括：設置于所述石英管體軸心處的光催化電極，該光催化電極外接高壓電源；以及圍繞所述光催化電極設置的若干紫外燈。本實用新型利用等離子體和光催化過程產生的高能電子和其他各種自由基，將有機廢氣分子氧化成二氧化碳和水，放電極上設置TiO2催化劑，可有效抑制氣溶膠沉積在電極上，具有電極自清潔作用。
【IPC分類】B01D53/44, B01D53/86
【公開號】CN205235761
【申請號】CN201521011310
【發明人】雷樂成, 陳杰, 何炬平
【申請人】浙江浙大環境工程有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月8日