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大气中挥发性有机气体的排放对人类健康和环境产生了严重的影响。本文对介质阻挡放电(DBD:Dielectric-Barrier Discharge)等离子体技术在处理挥发性有机气体(VOCs:Volatile Organic Compounds)方面的应用进行了初步的研究。
实验中选择了甲醛、苯乙烯和环己烷作为实验研究对象,通过实验研究,比较了两种不同结构的等离子体反应器(管式反应器和平板式反应器)的放电性能,得到了DBD等离子体降解这三种VOCs的一般规律。
发现随放电电压的升高,放电分别经过电晕放电、电晕流光混合放电、柱流放电、火花放电等阶段。管式反应器和平板式反应器放电电压分别在10~11kV和2.0~2.2kV时得到比较稳定均匀的放电等离子体。
DBD等离子体降解VOCs最终产物为CO、CO<,2>、H<,2>O和H<,2>。
研究了不同放电条件对VOCs降解率的影响,得到以下结论:降解率随着放电电压的升高而增大,并在一定电压时趋于稳定,管式反应器放电电压在10~11kV降解率可达到90%,板式反应器放电电压在2.0~2.2kV降解率可达到95%左右:研究了初始浓度对于降解率的影响,发现VOCs存在一个最佳浓度范围,使降解率最高,在实验范围内,300~500ppm浓度的VOCs的处理效果比较理想;降解率随着停留时间的增加而增大,管式反应器和板式反应器停留时间分别在0.1s和1.0s后趋于稳定并达到最大值。
研究了不同放电条件对降解产物的影响,得到以下结论:降解产物中CO/CO,浓度比值随着放电电压的升高而降低,这说明升高放电电压产生的活性自由基更有利于CO向CO<,2>的转化;随着浓度的升高,并没有一致的规律性,甲醛降解产物中CO/CO<,2>浓度比值呈现升高的趋势,比值变化范围0.1~0.62,苯乙烯降解产物中CO/CO<,2>浓度比值呈现了先升高后降低的趋势,比值变化范围0.5~1.4,这可能与不同的VOCs浓度和物性有关,需要进一步研究。
平板反应器降解VOCs时输入功率在5~6kW变化时对降解率变化最大,管式反应器则在12.5~13kW出现相同情况,在这两个区域是最佳输入功率区,在这个范围增加功率最经济,对降解率贡献最大。
分析了DBD降解甲醛的能耗:管式反应器中输入功率为13.2kW时,降解率达到88%,平板反应器在输入功率为6.16kW时,降解率达到80%;在管式反应器中,在输入功率为9.6kW时,单位浓度甲醛降解能耗为1.98J,平板式反应器,输入功率为4.68kW时,单位浓度甲醛降解能耗为17.6J。
分析了平板式反应器中DBD降解苯乙烯的能耗:在输入功率为5.4~6.16kW时,苯乙烯降解率由65.5%升高到94.1%。在输入功率为6.16kW时,单位浓度苯乙烯的降解能耗为7.53J。