CN101234286A

CN101234286A - 一种自发极化挥发性有机污染物去除装置

Info

Publication number: CN101234286A
Application number: CNA2007101774635A
Authority: CN
Inventors: 梁文俊; 李坚; 李依丽; 竹涛; 豆宝娟; 金毓峑
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2008-08-06

Abstract

一种自发极化挥发性有机污染物去除装置属于气体污染物处理技术领域。该装置包括气体进口(1)、反应器(2)、电源(3)、气体出口(4)，其特征在于，还包括反应器(2)两端的绝缘片(5)、反应器中心的内电极(6)、反应器外管缠有的外电极(7)，反应器中的填料(8)，所述的填料为涂有铁电体材料的拉西环，拉西环两侧的孔朝向反应器的进口和出口均匀放置于反应器中。当电场强度达到一定值后，填料发生自发极化，本发明可使反应器在保持污染物去除率的前提下降低能耗。同时选用的亚硝酸钠填料由于成本低廉，易于工业化应用，结构简单，适用性强。

Description

一种自发极化挥发性有机污染物去除装置

技术领域

本发明属于气体污染物处理技术领域。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，简称VOCs)是一类有机化合物的统称，在常温下它们的蒸发速率大，易挥发。它是指室温下饱和蒸气压超过70.91Pa或沸点小于260℃的有机物，是石油、化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见的污染物。VOCs的危害主要有以下几个方面：(1)大多数VOCs有异味且有毒，VOCs中的许多物质有致癌、致畸、致突变性，这些物质干扰人体内分泌系统，具有遗传毒性及引起“雌性化”的严重后果，对环境安全和人类生存繁衍构成威胁； (2)在光线的照射下，许多VOCs很容易与一些氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，危害人体健康，影响农作物生长；(3)某些卤代烃可能会导致臭氧层的破坏，如氯氟碳化物(CFCs)和氯氟烃；(4)很多VOCs属于易燃、易爆类化合物，给企业生产造成较大隐患。

传统的VOCs处理方法有：燃烧法、吸收法、冷凝法、吸附法等。这些方法在技术上、经济上都存在一定的缺陷：或是初始投资和运行费用高，或是处理效果不理想，或是后续处理不当造成二次污染。尤其是低浓度、大气量的废气尚未找到经济有效的治理方法。在众多的环境污染治理新技术中，低温等离子体技术作为一种高效率、低能耗、使用范围广、处理量大、操作简单的环保新技术来处理有毒及难降解物质，是近年来研究的热点。专利200410014135.X公开了一种处理挥发性有机物的低温等离子体技术，通过高压放电的方法实现污染物的去除，但需要消耗一定的能量，其结构图由图1所示。专利200410014131.1公开了一种处理微生物污染物的低温等离子体技术，同样利用高压放电的方法对微生物污染物进行去除。专利200410014133.0公开了低温等离子体处理工业废气中H₂S和C₂S的方法，在脉冲电源作用下，在等离子体反应器中形成低温等离子体场，使H₂S和C₂S转化为无臭低毒的SO₂。上述专利均是在高压电源作用下对污染物实现去除，在实际运行过程中消耗一定的能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型、高效、低能耗的低温等离子体VOCs处理装置。

本发明是将电晕放电和介质阻挡放电相结合的反应器产生等离子体来降解有机废气。在反应器内添加有铁电体材料，利用这些材料在高电场强度下发生自发极化的特点，在保证污染物去除效率的基础之上有效降低施加能量或在一定能量的条件下有效提高污染物去除率。当外加电源施加在介电层上时，电介质填料就会极化，在每一个填料附近就会形成很强的电场，从而产生局部放电，当施加的交流电压超过了电晕产生初始电压时，反应器内就会充满大量高能电子，这些电子与污染物分子相互碰撞，从而提高污染物的处理效率。电场对不同介质的介电常数的影响是不同的。对于线性介质材料的极化强度与电场强度成正比，而介电常数与电场强度关系很小。对非线性材料，其极化强度与电场强度成非线性的关系，材料的介电常数也与电场强度成非线性关系，本发明中选用的铁电体材料属于非线性材料。附图2为铁电体的介电常数与电场强度的关系曲线，从图中可以看出，铁电体材料的介电常数与电场强度的关系呈非线性关系，在一定电场强度之下，铁电体材料的介电常数会发生急变，使反应器电场急剧增加，因而可有效地实现对于VOCs的降解。

反应器装置结构如图3所示，包括气体进口1、反应器2、电源3、气体出口4，其特征在于，还包括反应器两端的绝缘片5、反应器中心的内电极6、反应器外管缠有的外电极7，反应器中的填料8，填料为涂有铁电体材料的拉西环，拉西环两侧的孔朝向反应器的进口和出口均匀放置于反应器中。

本发明中反应器选用的铁电体材料包括有序-无序型铁电体亚硝酸钠材料和位移性铁电体钛酸钡材料。这些材料为粉状物质，发明中选用陶瓷拉西环作为基质材料，将铁电体粉状材料涂敷在陶瓷拉西环表面，这些陶瓷拉西环均匀放置于反应器中，一方面可有效利用反应器空间，另一方面，拉西环两侧的孔朝向反应器的进口和出口可降低气流运行阻力以减小反应器的压降。

本发明所提供的自发极化挥发性有机污染物去除装置与现有装置相比不同之处是：在反应器中添加有铁电体填料，当电场强度达到一定值后，填料发生自发极化，可使反应器在保持污染物去除率的前提下降低能耗。同时选用的亚硝酸钠填料由于成本低廉，易于工业化应用。这种反应器可有效降低了反应器处理污染物的单位能耗，而且结构简单，适用性强。

附图说明

图1是专利200410014135.X公开的VOCs处理装置结构图，其中有气体进口1、反应器2、电源3、气体出口4。

图2是铁电体材料介电常数和有效场强的关系曲线。

图3是本发明提供的VOCs处理装置结构图，其中有气体进口1、反应器2、电源3、气体出口4、反应器两端的绝缘片5、反应器中心的内电极6、反应器外管缠有的外电极7、反应器中的填料8。

图4是本发明提供的VOCs处理装置对于甲苯去除率效果图。

具体实施方式

反应器材料为石英玻璃管，壁厚2.4mm，内径为17.9mm，外径为20.3mm。在反应器两端采用聚四氟乙烯绝缘片将反应器密封，在两端各开一φ＝4mm的圆孔作为处理气体进口和出口，在反应器中心位置为内电极，材料为φ＝1.62mm钨丝，石英玻璃管外壁裹有一铁网作为外电极并且做接地处理。反应器拉西环填料尺寸为内径5.6mm，外径9.2mm，长度为10.5mm，在拉西环基质上涂覆有铁电体材料，涂覆厚度为0.5mm。在内外电极之间连接高压电源用于反应器能量的提供，在放电过程中反应器中及填料表面产生了大量的高能电子和活性基团，挥发性有机气体由进口1进入反应器，在反应器内和活性基团和高能电子发生一系列的物理化学反应，使污染物分子最终形成无毒无害气体分子，最后由出气口4排出。图3为以挥发性有机物代表物甲苯为目标污染物进行实验的结果，实验条件为电源施加电压为10kV，甲苯进口流量约为2400mg/m³，其反映的是在不同电源频率条件下添加有钛酸钡填料、亚硝酸钠填料和无填料下甲苯的去除效率，当电源频率为35KHz时，没有添加填料的反应器、添加有亚硝酸钠填料的反应器及添加有钛酸钡填料的反应器对于甲苯的去除率分别为68.7％、76.8％和89.6％，加有钛酸钡和亚硝酸钠填料的反应器对于甲苯的去除率均高于无填料反应器，换言之，在保持甲苯去除率的前提下，加有填料的反应器比无填料反应器需要的能量要低。

Claims

1、一种自发极化挥发性有机污染物去除装置，包括气体进口(1)、反应器(2)、电源(3)、气体出口(4)，其特征在于，还包括反应器(2)两端的绝缘片(5)、反应器中心的内电极(6)、反应器外管缠有的外电极(7)，反应器中的填料(8)，所述的填料为涂有铁电体材料的拉西环，拉西环两侧的孔朝向反应器的进口和出口均匀放置于反应器中。

2、如权利要求1所述的自发极化挥发性有机污染物去除装置，其特征在于，所述的铁电体材料为钛酸钡或者亚硝酸钠。