蜂窝催化剂反电晕放电机制及处理挥发性有机物的研究

The non-plasma catalysis technology is considered to be one of the promising technologies for low concentration and large flow volatile organic compounds (VOCs) treatment. But there are still several problems such as low energy efficiency and catalyst deactivation on the process of plasma generation and its application for VOCs removal. This proposal introduces a novel plasma generation technique with characteristics of back corona discharge in the channel of honeycomb, by building a back corona discharge system with discharge electrode, auxiliary electrode, honeycomb catalyst and grounded electrode, so that the plasma well combined with catalyst. We will study the mechanism of back corona discharge on the honeycomb catalyst and the synergistic effect by using electrical measurements, voltage-current curve, imaging analysis and spectrum analysis. By studying these physical and chemical processes of back corona discharge plasma for VOCs removal, understanding the mechanism of back corona plasma generation and the control of the energy of plasma, we aim at gaining insight into the control principle of processes of VOCs removal, and so as to propose the design principle of back corona discharge catalysis application for VOCs removal. The successful results will provide guidelines for the development of an effective plasma catalysis system for the treatment of VOCs.

低温等离子体催化技术被认为是处理低浓度、大风量的挥发性有机物（VOCs）的理想技术。针对低温等离子体发生方法及其结合催化剂净化处理VOCs中存在的能效低、催化剂易失活等问题，项目提出一种反电晕等离子体发生方法，构建电晕放电极、辅助电极、蜂窝催化剂和接地极组成的反电晕放电体系，通过在蜂窝孔道内发生反电晕放电，实现等离子体和催化剂的大面积紧密结合；利用电学测量、伏安特性曲线、图像分析和光谱分析，研究反电晕放电现象，探究反电晕等离子体和催化剂的相互作用机理，阐明蜂窝催化剂反电晕放电机制；基于该等离子体发生方法，进一步研究反电晕等离子体处理VOCs的过程机理，掌握反电晕等离子体能量调控机制，探究净化处理VOCs的过程控制原理，提出蜂窝催化剂反电晕放电处理VOCs的工艺设计原理和方法，为开发低温等离子体催化净化VOCs设备提供理论依据。

挥发性有机物（VOCs）是我国当前重要的空气污染物之一，VOCs污染是引起城市雾霾的重要原因之一。低温等离子体技术被认为是一种有前景的VOCs处理技术，但还存在能耗、副产物等问题。为实现等离子体和催化材料的紧密结合，本项目构建了电晕放电极、辅助电极、催化材料和接地极组成的反电晕放电体系，采用伏安特性、图像分析、发射光谱和粒子成像测速技术研究反电晕放电过程和等离子体特性，研究了VOCs处理的能效、副产物的控制和气溶胶的生成情况。结果表明：基于直流电晕放电，在颗粒层或蜂窝表面和孔道中产生了反电晕等离子体；反电晕产生离子风，改变了放电区域的流场，反电晕发生过程中，示踪粒子迁移途径与实际的离子风方向相反，通过该信息可知颗粒物带电迁移和离子风具有相互作用。等离子体处理苯乙烯过程中，产生大量的油状黄褐色的气溶胶，C 1s XPS谱图拟合结果显示，其主要成分C-C、C-H功能团含量高达82.52%。项目的研究结果指出了催化剂反电晕的实现途径，提出了一种高效净化VOCs、捕集有机气溶胶并催化降解以及有效控制副产物的VOCs净化处理工艺系统，该系统能够克服等离子体催化处理VOCs产生的有机气溶胶带来的不利影响；项目提出利用放电产生的离子风克服催化剂床层阻力引起的压降。所构建的包含DBD、反电晕放电和催化剂的等离子体催化复合体系，具有较好的VOCs去除效果。研究结果对等离子体催化处理VOCs设备的研究开发具有一定的参考价值。