沿面与填充床复合脉冲放电方法及协同催化处理工业挥发性有机废气的研究

挥发性有机废气（VOCs）是化工产品生产和使用过程中排放的污染物，严重危害人体健康。静电放电是诱发等离子体重要方法，可在常温常压的条件下，发生传统方法难以实现的化学反应，生成强氧化活性物质（如羟基自由基），脱除污染物，是静电技术在环境污染控制领域的应用，也是目前静电技术研究热点。本申请针对放电等离子体处理污染物能量利用效率低的问题，提出一种沿面与填充床复合放电等离子体发生方法，即利用一套电极系统同时获得沿面放电和填充床放电；采用纳秒级脉冲电源供电，进一步提高电极间折合电场强度，增加高能电子生成量；利用该复合放电方法生成活性物质和放电辅助效应诱导催化剂活性，增加活性物质量，实现高效脱除VOCs。通过电场数值模拟、高能电子诊断和活性物质诊断，研究复合脉冲放电增加高能电子产生和活性物质生成的机理。本研究丰富了放电等离子体发生方法，为气态污染物脱除应用研究提供参考。

挥发性有机物（VOCs）是一种产生光化学污染和悬浮颗粒物污染的物质。低温等离子体技术是处理VOCs最有前景的技术之一。本项目开展了沿面-填充床脉冲复合放电等离子体的发生方法、放电特性、活性物质产生特性、VOCs降解性能、等离子体与催化剂协同提高VOCs处理效果等方面研究，取得如下研究结果： .1. 通过流体扩散方程对大气压空气条件下沿面型介质阻挡放电进行数值模拟，讨论了放电区域局域电场的分布情况，分析了放电过程中粒子浓度的变化过程。利用玻尔兹曼图法拟合了Ar原子的激发温度，并考察了激发温度随峰值电压的变化规律及其空间分布；研究了峰值电压和激励频率对N2(C3Πu→B3Πg)发射光谱强度、等离子体分布面积和放电有效功率的影响，为复合放电等离子体体系的设计提供理论依据。.2. 建立了复合放电等离子体的发生方法，开展了复合放电等离子体脱除VOCs的研究。研究结果表明，与单一沿面放电反应器和单一填充床放电反应器相比，复合放电反应器能够更有效的降解VOCs。.3. 开展了脉冲高压激励复合放电等离子体特性及脱除VOCs研究。研究结果表明相比与高压交流电源，双极性脉冲电源更有利于活性物质的产生及VOCs的降解。在相同能量密度299 J/L下，双极性脉冲电源激励，苯的降解效率和能量效率分别为67.2%和11.2 g/kWh；而采用交流电源激励，苯的降解效率和能量效率分别为58.5%和9.8g/kWh。复合放电等离子体生成的活性物质高于沿面放电和填充床放电生成的活性物质。.4. 考察了等离子体结构参数和气相参数对苯降解特性和能量效率的影响，给出复合放电等离子体发生优化方法，是高压电极线径1 mm、螺距7.5 mm，绝缘介质内径13 mm、厚度1.5mm，填充床厚度9.5 mm。.5. 分析了复合放电等离子体处理VOCs的化学过程，是前级沿面放电等离子体首先将大部分VOCs分子分解成小分子有机物，剩余部分VOCs和小分子有机物再经过后级填充床放电进一步处理，提高VOCs处理效果。.6. 复合放电等离子体协同金属氧化物催化剂脱除VOCs的研究结果是催化剂放置于填充床后面的复合放电等离子体催化效果最高，有效抑制了副产物的生成。