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介质阻挡放电光催化净化低浓度含甲苯废气实验研究

作　者: 黄家玉
导　师: 党小庆
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 介质阻挡放电 光催化 纳米TiO2 VOCs
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


近年来,低温等离子体协同光催化技术净化低浓度VOCs受到各国研究者的普遍关注和重视,主要研究的问题集中在低温等离子体与光催化剂协同降解机理、反应器结构、供电参数的优化、光催化剂的选择及其再生等方面。本文对介质阻挡放电条件下产生的低温等离子体协同纳米TiO2光催化降解低浓度VOCs进行了实验研究。选取甲苯气体为研究对象,主要考察了外接电极形式、电压、停留时间、初始浓度、气体相对湿度、光催化剂对降解率的影响;同时,探讨了介质阻挡放电协同光催化降解VOCs的过程。为推动装置工业应用,还考察了反应器的串联、功率消耗、能量利用,压力损失及反应器腐蚀情况。实验结果表明:1)在实验相同条件下,甲苯的降解率随反应器电压的升高而增大;随气体停留时间的增长而增大;随初始浓度的增大而不断下降;随着模拟气体湿度的增加,先增大后减小,相对湿度为30%左右时,甲苯的降解率最高。同时发现,用铜带作反应器的外接电极,甲苯的降解率高于铜网和不锈钢丝网。2)纳米TiO2光催化剂有助于提高甲苯降解率,对臭氧也有一定抑制作用。当电压升至22kV时,有光催化剂比无光催化剂时降解率提高了近10%。3)能量利用率随着输入能量的增大而下降;随气量、浓度的增加而上升。相同实验条件下,铜网比铜带作反应器的功耗小,能量利用率更高。4)反应器二级串联后,对于低浓度（≤1000mg/m3）的甲苯,总降解率达到80%以上;对于高浓度（2000mg/m3）,总降解率也可达到70%以上。5)填充型反应器的气流阻力过大,尤其是反应器串联后,压力降更大,填料的布置方式仍需改进。反应器外接电极材料宜选取不锈钢丝网,可避免铜带和铜网材料的腐蚀,减小对介质阻挡放电的影响。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
    1.1.1 VOCs的概念  9
    1.1.2 VOCs的来源与危害  9-10
  1.2 VOCs的治理技术  10-16
    1.2.1 回收技术  10-12
    1.2.2 消除技术  12-16
  1.3 VOCs治理的新工艺  16-18
    1.3.1 吸附-催化燃烧  16
    1.3.2 等离子体-催化剂  16-17
    1.3.3 等离子体-吸附(吸收)剂  17-18
  1.4 低浓度VOCs治理技术的应用  18-19
  1.5 论文研究的目的及内容  19-20
    1.5.1 论文的研究目的  19
    1.5.2 论文的研究内容  19-20
2 介质阻挡放电协同光催化降解VOCs的研究概况  20-34
  2.1 低温等离子体技术概述  20-24
    2.1.1 电子束照射法  20-21
    2.1.2 介质阻挡放电  21-23
    2.1.3 电晕放电  23-24
    2.1.4 低温等离子体方法的比较  24
  2.2 介质阻挡放电过程  24-28
    2.2.1 介质阻挡放电的物理过程  24-25
    2.2.2 介质阻挡放电中氧、羟基等离子体及臭氧的形成  25-26
    2.2.3 介质阻挡放电中紫外线的产生  26-27
    2.2.4 电介质极化  27-28
  2.3 低温等离子体降解VOCs的化学反应过程  28-31
    2.3.1 低温等离子体的主要化学反应  28-29
    2.3.2 低温等离子体对VOCs的降解过程  29-31
    2.3.3 影响低温等离子体降解VOCs的因素  31
  2.4 光催化对VOCs的降解过程  31-33
    2.4.1 光催化反应机理  31-32
    2.4.2 影响光催化降解VOCs的因素  32-33
  2.5 介质阻挡放电协同光催化降解VOCs  33-34
3 实验系统及测试方法  34-44
  3.1 实验用VOCs的选择  34
  3.2 实验设备及系统流程  34-35
    3.2.1 实验设备  34-35
    3.2.2 实验系统流程  35
  3.3 配气及检测系统  35-38
    3.3.1 模拟甲苯废气的配制系统  35-36
    3.3.2 甲苯检测系统  36-37
    3.3.3 气相色谱标定  37-38
  3.4 光催化剂的选择与制备  38-41
    3.4.1 光催化剂的选择  38-40
    3.4.2 光催化剂的制备  40-41
  3.5 低温等离子体反应器  41
  3.6 高压供电系统  41-42
  3.7 反应器的压力降与功率  42-44
    3.7.1 反应器的压力降  42
    3.7.2 反应器的功率  42-44
4 介质阻挡放电光催化净化含甲苯废气的实验结果及讨论  44-60
  4.1 降解率的定义  44
  4.2 影响降解率的主要结构参数  44-45
    4.2.1 反应器的外接电极对降解率的影响  44-45
  4.3 影响降解率的主要工艺参数  45-48
    4.3.1 反应器的外加电压对降解率的影响  45-46
    4.3.2 停留时间对降解率的影响  46
    4.3.3 初始浓度对降解率的影响  46-47
    4.3.4 相对湿度对降解率的影响  47-48
  4.4 影响降解率的其它因素  48-52
    4.4.1 臭氧  48-51
    4.4.2 光催化剂  51-52
  4.5 反应器的能耗  52-57
    4.5.1 反应器的功率  52-53
    4.5.2 反应器的能耗评价  53-57
  4.6 其他实验现象  57-60
    4.6.1 NOx的产生  57
    4.6.2 反应器的串联  57-58
    4.6.3 反应器的压力降  58-59
    4.6.4 反应器的腐蚀问题  59-60
5 结论及建议  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 建议  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-67
附图  67-69
附录  69

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用
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