滑動弧放電等離子體降解氣相及液相中有機污染物的研究.pdf

1、滑動弧放電是一種大氣壓下非熱等離子體，該技術(shù)產(chǎn)生的基本原理是在一對電極間加上電壓并通過氣流，在電極之間最窄處形成放電弧，利用氣流來推動電弧，使它向下游移動同時電弧的長度隨著電極間距離的增大而增加，當(dāng)電弧長度達到臨界值時消失，同時在電極最窄處形成新的電弧，重復(fù)上述過程形成放電?；瑒踊》烹姷闹饕攸c是：兼具熱等離子體和非熱等離子體的特性；滑動弧放電裝置和電源結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、操作和維護費用比較；電極不需要冷卻，并且能夠自清潔，不易腐蝕和消

2、蝕，使用壽命長；電能直接進入反應(yīng)區(qū)域，產(chǎn)生一個充滿活性粒子的非平衡態(tài)等離子體反應(yīng)環(huán)境，超過80％的電能直接被化學(xué)反應(yīng)吸收；進氣不需要預(yù)處理，可以用多相體（氣液混合相、氣固混合相、氣液固混合相）反應(yīng)。本文主要開展了滑動弧放電等離子體降解氣相及液相中有機污染物的研究。 首先，設(shè)計了氣相滑動弧放電發(fā)生器和氣液兩相滑動弧放電發(fā)生器，對它們進行了電信號測量、圖像測量和溫度測量。根據(jù)電參數(shù)、圖像分析結(jié)果及Elenbass-Heller方程

3、建立了滑動電弧等離子體通道Elenbass-Heller模型，并計算了電場強度和電子密度等參數(shù)。根據(jù)滑動放電等離子體的化學(xué)特性，研究并總結(jié)了濕空氣低溫等離子體和氣液兩相滑動弧放電等離子體化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型。分析了自由基氧化有機物的機理，并通過烷烴、醛和酸等實例加以說明。 利用實驗室規(guī)模的氣相滑動弧放電反應(yīng)器探討了操作參數(shù)變化對低溫等離子體系統(tǒng)的影響。在去除甲苯的實驗中發(fā)現(xiàn)：許多操作參數(shù)會影響低溫等離子體對揮發(fā)性有機物的去除率，

4、其中，去除率隨施加電壓、輸入體積能耗、氧氣含量、水汽濃度、氣流溫度及停留時間的增加而增大，隨初始濃度的增加而減小。當(dāng)電壓升到10kV時，甲苯的去除率達到90％；分析了OH、O<,2>、NO和O<,3>等活性粒子氧化甲苯的路徑。在脫除煙氣中多環(huán)芳烴和碳黑顆粒的過程中發(fā)現(xiàn)；滑動弧放電可有效同時脫除PE和PVC焚燒煙氣中的PAHs和碳黑顆粒；煙氣經(jīng)過滑動弧放電處理后，PAHs達到最高脫除率74.4％，碳黑達到最高脫除率為89.3％；分析了PA

5、Hs和碳黑顆粒的降解路徑。并根據(jù)滑動弧放電等離子體適于降解高濃度有機物廢氣的特性，結(jié)合活性炭吸附法，提出了吸附器的吸附濃縮和熱脫附─等離子體凈化技術(shù)。 利用氣液兩相滑動弧放電I型反應(yīng)器開展了降解200mg/1苯酚模擬廢水的初 步研究，結(jié)果表明：苯酚降解率隨著施加電壓的增加而增大，在電極最窄間隔d=3mm時，苯酚達到最大降解率96％；載氣種類和流量變化、溶液pH值、溶液初始濃度和Fe<’2+ >加入等都會影響苯酚的降解

6、率。隨后開展了利用氣液兩相滑動弧放電Ⅱ型反應(yīng)器降解高濃度苯酚廢水（化學(xué)需氧量COD=1878mg/l）的研究，結(jié)果表明：從去除溶液COD的觀點來看，不銹鋼電極要比鋁和銅材料電極好不銹鋼電極要比鋁和銅材料電極好；增加電極厚度利用苯酚溶液COD的去除；氧氣作為載氣時，苯酚的降解效果要好些，經(jīng)過76min的等離子體處理，溶液最后COD=173mg/l，增大氣液混合比利于苯酚的降解；溶液經(jīng)過放電處理后顯酸性，并測量了pH和電導(dǎo)率變化；在苯酚溶液

7、等離子體降解過程發(fā)現(xiàn)對硝基苯酚、對苯二酚和對苯醌等中間產(chǎn)物，并從理論角度分析？OH、O<,2 >、和O<,3 >等活性粒子氧化苯酚的路徑。同時開展了利用氣液兩相滑動弧放電Ⅱ型反應(yīng)器高濃度4-氯酚廢水的研究，實驗結(jié)果表明：增大氣液混合比對廢水的降解是有利；當(dāng)不銹鋼作為電極材料時，4-氯酚降解效果最好，經(jīng)過76min的等離子體處理，溶液的COD值由1679.2mg/l降到190mg/l（去除88.7％）；在等離子體條件下，加入Fe<’2+