專利名稱：旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，屬于環(huán)境技術(shù)和 廢氣處理領(lǐng)域。
技術(shù)背景從1990年后，應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)控制空氣污染物的研究在國(guó)際學(xué)術(shù)界 蓬勃發(fā)展，相關(guān)的低溫等離子體技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn)，如電子束、輝光放電、電暈放 電、介質(zhì)阻擋放電、微波放電、滑動(dòng)弧放電等。低溫等離子體的原理是施加電 能將氣體電離以加速氣相化學(xué)反應(yīng)，特別是生成高氧化性的自由基來(lái)進(jìn)行氣態(tài) 氧化反應(yīng)，將有害氣體污染物氧化成無(wú)害物或低毒物，已被證實(shí)能可有效的用 于含氮氧化物N(X、 二氧化硫S02、揮發(fā)性有機(jī)物VOCs等多種氣態(tài)污染物的去 除。黃立維提出一種有機(jī)廢氣的凈化方法，利用電暈放電凈化含氯、硫、氮和 氟的有機(jī)物(中國(guó)專利00116307.8);侯惠奇等提出一種低溫等離子體工業(yè)廢氣 處理技術(shù)，主要利用介質(zhì)阻擋放電來(lái)降解有機(jī)污物以及硫化氫H2S、 二硫化碳 CS2、氟里昂等物質(zhì)(中國(guó)專利97106747.3)。 1988年法國(guó)人Lesueur H.和 Czemidiowski A.等提出了用氣流驅(qū)動(dòng)和冷卻電弧的滑動(dòng)弧放電裝置(法國(guó)專利 2639172)，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)該種滑動(dòng)弧放電可處理氣態(tài)有機(jī)污物，如凈化含甲醛、 甲苯、庚烷、四氯化碳、多環(huán)芳烴、碳黑顆粒等物質(zhì)的有機(jī)廢氣(Czemichowski A., a Chemtech. 1996, 26(4): 45~49.; Krawczyk K., ef a/. Plasma Chem. Plasma Process. 2003， 24(2): 155-167.;杜長(zhǎng)明，寧.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).2006， 26(1): 77-81.)，他們的產(chǎn)生技術(shù)是在至少2個(gè)電極間加上高電壓并通過氣流，禾擁氣 動(dòng)力來(lái)推動(dòng)電弧，使它向下游移動(dòng)并形成脈沖放電，這種方法的缺點(diǎn)是電弧在 放電空間分布不均勻、電弧放電與氣流之間摻混不充分、形成的放電等離子體 區(qū)域較小，從而導(dǎo)致有機(jī)廢氣處理能力小、凈化率較低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種放電空間分布均勻、放電等離子體區(qū)域大、處理能力強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置。本發(fā)明的所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，包括旋轉(zhuǎn)放電 低溫等離子體發(fā)生器、給低溫等離子體發(fā)生器電極供電的交流高壓電源4、向電 極之間輸入有機(jī)廢氣流的氣路和動(dòng)力風(fēng)機(jī)2等。旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體發(fā)生器電極包括一圓錐狀中心電極8、及環(huán)繞中心電極并與中心電極間隔的圓筒狀外電 極9，在外電極外設(shè)置的一個(gè)磁場(chǎng)線圈11;在兩電極之間距離最小處13，外電 極上設(shè)置一切向?qū)夤?，致使有機(jī)廢氣流沿切線方向進(jìn)入電極之間；為了提高 有機(jī)廢氣的凈化效率，可在中心電極的下游設(shè)置一附著光催化劑二氧化鈦Ti02 的催化劑載體15。所述的交流高壓電源4，為具有升壓和限流功能的變壓器，輸出的電壓控制 在6-10kV范圍內(nèi)。所述的中心電極8和外電極9之間的最小距離在l-5 mm范圍內(nèi)；制作電極 的材料可選用紫銅、黃銅等金屬；兩電極通過絕緣支座7來(lái)固定；分別通過螺 桿6和5與高壓線相連，接通交流高壓電源4;兩電極的具體尺寸根據(jù)低溫等離 子體產(chǎn)生裝置功率及廢氣處理量的大小來(lái)確定。所述的磁場(chǎng)線圈11通過直流磁場(chǎng)電源12供電，磁場(chǎng)電流可以連續(xù)調(diào)節(jié)，從 而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度；它采用螺旋管形狀，套裝在低溫等離子體發(fā)生器的外9電極 上。所述的附著Ti02的載體，可以選用蜂窩陶瓷、玻璃球等材料。 旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣處理方法是1) 打開動(dòng)力風(fēng)機(jī)2，利用管路中的閥門控制有機(jī)廢氣1的流量和流速，然后 有機(jī)廢氣通過外電極上的切向?qū)夤?沿切線方向進(jìn)入電極之間；2) 接通交流高壓電源4和直流磁場(chǎng)電源12，調(diào)節(jié)交流高壓電源4的高壓端 輸出電壓，利用電極間的電位差形成放電電弧。這時(shí)電弧在切向有機(jī)廢氣流和 磁場(chǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)下繞中心電極8高速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被快速推向下游，由 于越向下游，電極之間的距離越大，當(dāng)達(dá)到一定距離時(shí)，電弧的熱耗損使電弧 由平衡態(tài)過渡到非平衡態(tài)，當(dāng)電弧繼續(xù)向下游移動(dòng)時(shí)，電極間的距離進(jìn)一步擴(kuò) 大，最后由于受電源功率的限制，電弧無(wú)法維持而熄滅；與此同時(shí)，電弧又在 電極間的距離最小處點(diǎn)燃，并重復(fù)上述過程，形成脈沖式旋轉(zhuǎn)電弧放電14，從而產(chǎn)生包含O、 02—、 03、 H、 OH、 H02、 NO等活性粒子、紫外線UV及其他 成分的大面積旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體，有機(jī)廢氣中的有機(jī)污物在活性粒子氧化 作用下降解為小分子有機(jī)物，甚至直接轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等；當(dāng)在中心電極的下游設(shè)有附著Ti02的催化劑載體15時(shí)，旋轉(zhuǎn)放電等離子體產(chǎn)生含有UV的光 線能夠激發(fā)附著在載體上的Ti02的電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，形成具有強(qiáng)化學(xué)活 性的電子一空穴對(duì)，并進(jìn)一步誘導(dǎo)一系列氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，其中產(chǎn)生的空 穴具有很強(qiáng)的得電子能力，可與Ti02表面的H20發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基OH， 形成Ti02光催化反應(yīng)，繼續(xù)氧化分解未被等離子體降解的有機(jī)污物。本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體裝置可以應(yīng)用于環(huán)境工程中的有機(jī)廢 氣凈化，有機(jī)廢氣可含有下列揮發(fā)性有機(jī)物中的一種或多種1)烴類，包括烷 烴(甲垸除外)、烯烴和芳烴等；2)含氧有機(jī)物，如醛、醇、酮及酯等；3)含 氮有機(jī)物，如胺、酰胺和腈等；4)含鹵有機(jī)物，包括鹵代經(jīng)、酰氯等；5)含 硫有機(jī)物，包括硫醇、硫醚、硫脲、硫酚及二硫化碳等。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1有機(jī)廢氣，2動(dòng)力風(fēng)機(jī)，3導(dǎo)氣管，4交流高壓電源，5，6螺桿， 7絕緣支座，8中心電極，9外電極，10排氣口， 11磁場(chǎng)線圈，12直流磁場(chǎng) 電源，13電極之間距離最小處，14旋轉(zhuǎn)電弧放電，15載體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1參考附圖，中心電極8和外電極9所用的材料分別為黃銅和紫銅；中心電極 長(zhǎng)120 mm;外電極外直徑60mm，厚4 mm，長(zhǎng)400 mm;兩電極之間最小處間 隔4mm;磁場(chǎng)強(qiáng)度0.011 T;有機(jī)廢氣1為含甲苯廢氣，濃度2000mg/m3，流量 10.8mVh;交流高壓電源4的輸出電壓控制在10kV;實(shí)驗(yàn)過程中通過活性炭吸 附二硫化碳解吸氣相色譜法測(cè)定甲苯濃度。在中心電極的下游不設(shè)置附著Ti02 的催化劑載體15時(shí)，甲苯去除率為56.4%;設(shè)置附著TiCb的蜂窩陶瓷載體15 時(shí)，甲苯去除率為81.3%。實(shí)施例2參考附圖，中心電極8和外電極9所用的材料分別為黃銅和紫銅；中心電極長(zhǎng)120 mm;外電極外直徑60mm，厚4 mm，長(zhǎng)400 mm;兩電極之間最小處間 隔4mm;磁場(chǎng)強(qiáng)度0.011 T;有機(jī)廢氣1為含四氯化碳廢氣，濃度5500mg/m3， 流量10.8 mVh;交流高壓電源4的輸出電壓控制在10kV。在中心電極的下游不 設(shè)置附著Ti02的催化劑載體15時(shí)，甲苯去除率為66.4%;設(shè)置附著Ti02的蜂 窩陶瓷載體15時(shí)，甲苯去除率為88.4%。 實(shí)施例3參考附圖，中心電極8和外電極9所用的材料均為紫銅；中心電極長(zhǎng)180 mm; 外電極外直徑102mm，厚4mm，長(zhǎng)500 mm;兩電極之間最小處間隔5mm; 磁場(chǎng)強(qiáng)度0.03T;有機(jī)廢氣1為含二甲苯廢氣，濃度3000mg/m3，流量60mVh; 交流高壓電源4的輸出電壓控制在10kV;實(shí)驗(yàn)過程中通過活性炭吸附二硫化碳 解吸氣相色譜法測(cè)定甲苯濃度。在中心電極的下游不設(shè)置附著Ti02的催化劑載 體15時(shí)，甲苯去除率為50.1%;設(shè)置附著Ti02的蜂窩陶瓷載體15時(shí)，甲苯去 除率為74.5%。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征是包括旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體發(fā)生器、給低溫等離子體發(fā)生器電極供電的交流高壓電源4、向電極之間輸入有機(jī)廢氣流的氣路和動(dòng)力風(fēng)機(jī)2等。旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體發(fā)生器電極包括一圓錐狀中心電極8、及環(huán)繞中心電極并與中心電極間隔的圓筒狀外電極9，在外電極外設(shè)置的一個(gè)磁場(chǎng)線圈11；在兩電極之間距離最小處13，外電極上設(shè)置一切向?qū)夤?，致使有機(jī)廢氣流沿切線方向進(jìn)入電極之間；為了提高有機(jī)廢氣的凈化效率，可在中心電極的下游設(shè)置一附著光催化劑二氧化鈦TiO2的催化劑載體15。
2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于所述的交流高壓電源4，為具有升壓和限流功能的變壓器，輸出的電壓控制在6-10kV范圍內(nèi)。
3. 據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征 在于所述的中心電極8和外電極9之間的最小距離在l-5mm范圍內(nèi)；制作電 極的材料可選用紫銅、黃銅等金屬；兩電極的具體尺寸根據(jù)低溫等離子體產(chǎn)生 裝置功率及廢氣處理量的大小來(lái)確定。
4. 據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征 在于所述的磁場(chǎng)線圈11通過直流磁場(chǎng)電源12供電，磁場(chǎng)電流可以連續(xù)調(diào)節(jié)， 從而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度。
5. 據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征 在于所述的附著Ti02的載體，可以選用蜂窩陶瓷、玻璃球等材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體有機(jī)廢氣凈化裝置，該裝置由交流高壓電源4、中心電極8、外電極9、磁場(chǎng)線圈11、氣路等組成。磁場(chǎng)和切向有機(jī)廢氣流使放電電弧繞中心電極8高速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被快速推向下游并熄滅，與此同時(shí)，電弧又在電極間的距離最小處點(diǎn)燃，并重復(fù)上述過程，形成脈沖式旋轉(zhuǎn)電弧放電14，從而產(chǎn)生包含O、O₂^-、O₃、H、OH、HO₂、NO等活性粒子、紫外線UV及其他成分的大面積旋轉(zhuǎn)放電低溫等離子體，有機(jī)廢氣中的有機(jī)污物在活性粒子氧化作用下降解為小分子有機(jī)物，甚至直接轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等。當(dāng)在中心電極的下游設(shè)有附著TiO₂的載體15時(shí)，旋轉(zhuǎn)放電等離子體激發(fā)TiO₂，形成TiO₂光催化反應(yīng)，繼續(xù)氧化分解未被等離子體降解的有機(jī)污物。
文檔編號(hào)H05H1/00GK101239269SQ20071003153
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者杜長(zhǎng)明 申請(qǐng)人:中山大學(xué)