低溫等離子體協(xié)同催化降解甲硫醚的實驗研究.pdf

1、近年來，以光化學(xué)污染、臭氧層破壞和嚴(yán)重霧霾為代表的區(qū)域性大氣復(fù)合污染問題日益嚴(yán)重，影響到人類健康和生態(tài)環(huán)境，引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。長期以來，我國大氣污染物治理的重點主要集中在除塵、脫硫和脫硝工作上，并已取得一定進(jìn)展，而揮發(fā)性有機物（VOCs）污染問題仍亟待解決。低溫等離子體技術(shù)在低濃度VOCs治理領(lǐng)域的研究獲得了顯著成果。然而該技術(shù)仍存在能耗較高、易產(chǎn)生多種副產(chǎn)物等問題。研究表明，等離子體協(xié)同催化技術(shù)具有效率高、能耗低與副產(chǎn)物少的優(yōu)

2、點。前期的等離子體催化降解VOCs的研究多集中于傳統(tǒng)碳?xì)溆袡C化合物，而對具有惡臭的含硫有機廢氣的研究較少。
　　本文以典型惡臭有機廢氣甲硫醚為研究對象，采用線筒式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，首先考察了填充不同放電介質(zhì)的放電特性和甲硫醚降解規(guī)律。研究了放電參數(shù)、V2O5負(fù)載量、氣體流量、初始濃度和溫度等參數(shù)對等離子體協(xié)同 V2O5-WO3/TiO2催化劑對甲硫醚降解特性的影響規(guī)律。通過XRD、BET、H2-TPR等表征手段分析催化劑的構(gòu)效關(guān)

3、系。通過分析副產(chǎn)物生成規(guī)律，提出等離子體協(xié)同催化降解甲硫醚過程的反應(yīng)路徑。在上述小試實驗基礎(chǔ)上，進(jìn)行等離子體協(xié)同催化降解工業(yè)源有機廢氣放大試驗研究。主要結(jié)論如下：
　　（1）研究了不同填充介質(zhì)（玻璃微珠、Al2O3和TiO2）及不同溫度下，等離子體反應(yīng)器的放電特性及甲硫醚降解特性。結(jié)果表明，填充材料的介電常數(shù)對放電特性與甲硫醚降解特性有較大影響，在相同放電電壓下，填充不同放電介質(zhì)反應(yīng)器的放電功率和甲硫醚降解效率順序均為：TiO2>

4、Al2O3>玻璃微珠。在相同放電電壓下，隨著溫度的升高，放電功率增大。相對于比表面積，填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)及放電因素對甲硫醚降解效果具有更重要的影響。溫度是影響甲硫醚降解效率的重要因素，在相同放電能量密度下，當(dāng)溫度從25℃增加到200℃時，填充TiO2介質(zhì)反應(yīng)器對甲硫醚降解效率有30％-40%的提升。
　　（2）考察了等離子體協(xié)同V/W/Ti催化劑體系對甲硫醚的降解規(guī)律。常溫下，V/W/Ti催化劑對等離子體環(huán)境下的甲硫醚氧化有明

5、顯的促進(jìn)作用，甲硫醚降解效率與能量效率隨V2O5負(fù)載量的增加而增加。當(dāng)V2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，能量密度為788 J/L時，甲硫醚降解效率為91.6%，較單獨等離子體作用時效率提高了40%；能量效率為6.54 g/(kW·h)。隨著催化劑樣品中V2O5負(fù)載量的增加，催化劑比表面積減小，但催化劑的氧化還原性提升。與甲硫醚降解效果對比表明，催化劑本身的氧化還原性較其物理結(jié)構(gòu)在等離子體催化反應(yīng)中起更重要的作用。
　?。?）等離子體協(xié)同

6、催化降解甲硫醚過程的主要產(chǎn)物有 SO2、HCHO、CO、CO2等。隨著放電能量密度的增加，CO、CO2濃度逐漸上升，HCHO先上升后降低，部分HCHO進(jìn)一步分解為CO、CO2，SO2先升高后逐漸平穩(wěn)。
　　（4）研究了不同溫度條件下，V/W/Ti催化氧化、等離子體和等離子體協(xié)同V/W/Ti催化對甲硫醚降解特性的影響規(guī)律。在200℃時，V0.9W/Ti催化劑催化氧化甲硫醚活性僅為1.3%；相同溫度下放電功率為12 W的等離子體協(xié)同V

7、0.9W/Ti催化劑對甲硫醚降解效率為92.6%。等離子體協(xié)同催化降低了催化劑的活性溫度區(qū)間，實現(xiàn)甲硫醚的低溫下高效降解。在20℃到230℃范圍內(nèi)，等離子體協(xié)同催化降解甲硫醚效率從61.4%增加到93.4%，該溫度范圍內(nèi)等離子體協(xié)同效應(yīng)系數(shù)均大于2?；瘜W(xué)動力學(xué)分析結(jié)果表明，V0.9W/Ti催化氧化甲硫醚反應(yīng)的活化能為74.6 kJ/mol，放電功率為12 W的等離子體協(xié)同V0.9W/Ti催化氧化甲硫醚反應(yīng)的活化能僅為5.94 kJ/mo

8、l。等離子體的加入活化了催化反應(yīng)，促使甲硫醚在低溫下（<200℃）的降解。
　?。?）最后根據(jù)小試實驗結(jié)果設(shè)計了等離子體催化降解工業(yè)源有機廢氣放大試驗。結(jié)果表明：在風(fēng)量為100 m3/h，甲苯初始濃度40 ppm，放電中心頻率3 kHz，放電功率為2 kW時，等離子體催化體系對甲苯的降解效率為90.7%，能量效率為7.3 g/kWh。在雙組份VOCs中，甲苯與甲硫醚產(chǎn)生競爭反應(yīng)。在相同反應(yīng)條件下，甲苯/甲硫醚雙組份中，由于甲硫醚分