CN102059106A - 平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法，属于环境等离子体技术领域。其特征是，将若干平板式介质阻挡放电床层叠累加构成单元再生反应器，相邻两个平板式介质阻挡放电床共用一片电极，高压电极和低压电极交替放置；再将若干单元再生反应器并联实现再生反应器的放大。本发明的反应器结构简单，操作管理方便；电极为共用及并联结构，相对于常规电极结构可节省一半电极材料；反应器占地面积少，为常规单层反应器结构面积的层数分之一(1/层数)，空间利用率高；容易应用于活性炭大规模再生；处理对象可以扩大到其他固体吸附剂或材料。

Description

平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法

技术领域

本发明属于环境等离子体技术领域，涉及到一种平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法。

背景技术

活性炭具有极为发达的内部孔隙结构和较大的比表面积，吸附能力强，且其来源相对易得，成本相对低廉，是一种最常用的吸附剂之一，广泛应用于环境保护、化学、食品等众多领域。但随着活性炭的应用范围日趋广泛，消耗量也迅速增加，应用过程中产生的废活性炭量多，占地面积大。如不回收活化再利用的话，不仅会对资源造成一种浪费，同时还会对环境造成二次污染。因此，无论是从经济的还是环保的角度考虑，推广活性炭再生都很有必要。

近20年来，气体放电产生的低温等离子体得到越来越广泛的应用，等离子体处理技术应运而生。而介质阻挡放电可以在大气压下产生低温等离子体，特别适合于低温等离子体的工业化应用。其产生的放电等离子体能够产生高浓度的活性物质，如O₃、-O、-OH等，可氧化活性炭上吸附的污染物质，同时放电等离子体还伴随有紫外光、冲击波等物理效应产生，可提高活性炭上吸附污染物的处理效果。如专利CN 100398194C提出了“一种介质阻挡放电等离子活性炭原位再生方法”，其反应器a方案采用单介质阻挡反应器布置方式，高压电极下面固定有放电介质，而低压电极上直接固定活性炭填充床，这种布置方式难以实现各反应器单元电极的共用结构及并联结构，如若进行放大不但需要大量电极材料而且还会使反应器结构变得非常复杂，更难以处理导体类材料；其反应器b方案，采用双介质阻挡反应器布置方式，高压电极和低压电极上均固定有放电介质，但其高压电极放电介质是悬挂于活性炭填充床之上的，且与填充床有一定间隙，这种布置方式难以实现各反应器单元电极的共用结构及并联结构如若进行放大不但需要大量电极材料而且还会使反应器结构变得非常复杂；其反应器c方案采用单介质阻挡反应器布置方式，低压电极上固定有放电介质，介质上固定活性炭填充床，填充床上方为高压电极，且其与填充床有一定的间隙，这种布置方式的缺点与前a和b方案类似。专利CN 101530784A也提出了“一种介质阻挡放电等离子体辐照活性炭再生方法及装置”，其板式结构反应器布置方式与前述专利a方案类似，但低压电极为网孔式电极，这种布置方式的缺点亦与前述专利缺点相同；其圆柱体结构的反应器布置方式外围为网孔式低压电极，中心轴为高压电极，高压电极周围包裹一层绝缘介质，这种布置方式的难以实现各反应器单元电极的共用结构及并联结构，且原理上会使短寿命活性物质不能与活性炭充分接触，从而导致反应器能量领域效率降低。

除上述专利提到的介质阻挡反应器，近年来介质阻挡反应器主要的应用是在废水处理(专利CN 1937881A)、废气处理(专利CN 2687138Y)和空气净化(专利CN 1927408A)及等离子体材料表面处理(专利CN 101277576A)等方面，而对于固态污染物的处理和固态吸附剂的再生或改性处理未见其他报道。而这些废水处理、废气处理的反应器大多采用方体形的结构(专利CN2766849Y、CN 1937881A等)和同轴圆筒式的结构(专利CN 2666893Y、CN101274213A等)，其反应器放大的前景存在着诸多缺点，包括反应器占地面积大、反应器整备质量大及电极与电极材料和放电介质材料耗费多等。专利CN1927408A设计了一种针板式介质阻挡放电反应器，其结构上也存在着放大时电极与绝缘介质尺寸过大，反应器结构复杂等不利条件。以上提及的介质阻挡放电反应器在结构及布置方式方面均存在不足，其实现工业化也存在诸多问题。

发明内容

本发明提供了一种平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法，解决介质阻挡反应器的耗费电极材料、占用空间大、放大困难以及结构复杂等问题。

为达到上述的目的，本发明将低温等离子体技术、化工吸附分离技术与水污染控制工程相结合，利用平板式介质阻挡放电活性炭再生放大反应器产生等离子体的活性物质降解吸附在活性炭上的污染物，批量再生活性炭使其得到再生，恢复吸附能力。

本发明的技术方案如下：

平板式介质阻挡放电反应器的放大方法是将若干平板式介质阻挡放电床层叠累加构成单元再生反应器，其中一个平板式介质阻挡放电床由高压电极、低压电极、绝缘介质、活性炭填充床、高压导线和低压导线构成。由下至上先放置高压电极或低压电极，其上覆盖一片绝缘介质，介质上放置活性炭填充床，填充床上再覆盖一片绝缘介质，介质上放置低压电极或高压电极。平板式介质阻挡放电床的两侧对应设置有气体入口和气体出口，气体经过气体入口处的均流板进入每个介质阻挡放电床再通过均流板从气体出口排出。相邻两个平板式介质阻挡放电床共用一片电极，高压电极和低压电极交替放置，高压电极和低压电极通过导线分别并联，高压导线连接至电源的输出端，低压电极与高压电源低压输出端连接然后再与地线连接；再将若干单元再生反应器并联实现再生反应器的放大。

该平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器的放大方法包括如下步骤：

第一步，将待处理的粒状或柱状活性炭填装于各再生反应器中平板式介质阻挡放电床的活性炭填充床中，将若干平板式介质阻挡放电床层叠放置构成再生反应器单元，再将若干单元的再生反应器电路并联气路串联实现反应器的放大；

第二步，打开电源调节交流高压电源的输出电压，使活性炭填充床内部形成稳定的电晕放电、流光放电或辉光放电，对活性炭进行放电处理；在反应器运行前，可以向反应器中鼓气，气源可选用空气或者含氧气体等气体；放电处理前，先启动气泵，向反应器中鼓气；

第三步，放电结束后，关闭电源开关，打开再生反应器，取出活性炭。

放电再生处理对象是固体吸附剂或其他材料。

本发明的有益效果是反应器结构简单，操作管理方便；电极为共用结构及并联结构，相对于常规电极结构可节省一半电极材料；单元再生反应器占地面积少，为常规单层反应器结构面积的层数分之一(1/层数)，空间利用率高，反应器整备质量低；反应器处理量大，容易应用于活性炭大规模再生；处理对象可以扩大到其他固体吸附剂或材料，包括对分子筛、硅胶、活性氧化铝、载铜等催化剂或吸附质进行再生或活化，恢复它们的物理化学性能，还可以处理金属屑、金属等导体材料表面的污染物。

附图说明

图1为平板式介质阻挡放电活性炭再生放大反应器结构示意图。

图2为平板式介质阻挡放电活性炭单元再生反应器结构示意图。

图中：1交流高压电源；2反应器；3高压电极；4低压电极；5绝缘介质；6活性炭填充床；7高压导电线；8低压导电线；9气体入口；10气体出口；11流量计；12气泵；13电源开关。

具体实施方式

以下结合附图与具体实例对本发明的平板式介质阻挡活性炭再生反应器放大方法进行进一步的说明。

如附图1和图2所示，该再生反应器，由若干单元再生反应器组成，单元再生反应器由若干平板式介质阻挡放电床构成；一个平板式介质阻挡放电床由高压电极、低压电极、绝缘介质、活性炭填充床、高压导线和低压导线构成。由下至上先放置高压电极或低压电极，其上覆盖一片绝缘介质，介质上放置活性炭填充床，填充床上再覆盖一片绝缘介质，介质上放置低压电极或高压电极。平板式介质阻挡放电床的两侧对应设置有气体入口和气体出口，气体经过气体入口处的均流板进入每个介质阻挡放电床再通过均流板从气体出口排出。若干平板式介质阻挡放电床层叠累加构成单元再生反应器，再将若干单元再生反应器并联。

本实例中所采用的方式如图1所示，采用双极性脉冲高压电源供电。反应器框架由绝缘材料制成，外尺寸为320mm×320mm×500mm的长方体。本实例的平板式介质阻挡活性炭再生反应器2采用层叠放置方法，一共八个反应器单层，各单层的高压电极3与低压电极5为200mm×200mm×2mm的不锈钢板，300mm×300mm×3mm的普通玻璃作为放电介质5，活性炭填充床6高8mm，活性炭填满床层。待再生的活性炭的含水率为31％。此外用到流量计11、气泵12、电源开关13等辅助设备。

在本实例中，选取市售化学纯的苯酚配成浓度为1000mg/L的模拟废水，采用本发明的平板式介质阻挡放电反应器进行再生处理，步骤为：

第一步，吸附，称取经过预处理的柱状活性炭1300g，放入活性炭吸附柱中，采用动态穿透曲线法制备吸附饱和的活性炭，同法制备两份样品。

第二步，放电再生，工艺为：

首先，将吸附饱和的1300g活性炭经自然干燥至一定含水率，其中一份作为处理样，将其引入平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器2的八个单元中，另一份作为对照样不进行再生处理。

再次，打开电源开关，启动双极性脉冲高压电源，调节电源频率为50Hz，电压有效值为11kV，电极之间形成均匀稳定的丝状放电状态，放电时间为30min。

最后，断开电源开关，双极性脉冲高压电源1停止供电，打开活性炭填充床6，取出活性炭。

第三步，再生效果监测，将处理样和对照片的两份活性炭，分别放入活性炭吸附柱中，同法采用动态穿透曲线法吸附。结果显示对照样的活性炭再吸附效率为13％，处理样的活性炭再吸附效率为82％，经平板式介质阻挡放电反应器处理的活性炭吸附能力恢复了69％。

Claims (3)

1.一种平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器放大方法，其特征在于，是将若干平板式介质阻挡放电床层叠累加构成单元再生反应器，其中一个平板式介质阻挡放电床由高压电极、低压电极、绝缘介质、活性炭填充床、高压导线和低压导线构成；由下至上先放置高压电极或低压电极，其上覆盖一片绝缘介质，介质上放置活性炭填充床，填充床上再覆盖一片绝缘介质，介质上放置低压电极或高压电极；平板式介质阻挡放电床的两侧对应设置有气体入口和气体出口，气体经过气体入口处的均流板进入每个介质阻挡放电床再通过均流板从气体出口排出；相邻两个平板式介质阻挡放电床共用一片电极，高压电极和低压电极交替放置，高压电极和低压电极通过导线分别并联，高压导线连接至电源的输出端，低压电极与高压电源低压输出端连接然后再与地线连接；再将若干单元再生反应器并联实现再生反应器的放大。

2.根据权利要求1所述的一种平板式介质阻挡放电活性炭再生反应器的放大方法，其特征在于如下步骤：

第一步，将待处理的粒状或柱状活性炭填装于各再生反应器中平板式介质阻挡放电床的活性炭填充床中，将若干平板式介质阻挡放电床层叠放置构成再生反应器单元，再将若干单元的再生反应器电路并联气路串联实现反应器的放大；

第二步，打开电源调节交流高压电源的输出电压，对活性炭进行放电处理；在反应器运行前，可以向反应器中鼓气，气源可选用空气或者含氧气体等气体；放电处理前，先启动气泵，向反应器中鼓气；

第三步，放电处理结束后，关闭电源开关，打开再生反应器，取出活性炭。

3.根据权利要求1或2所述的放大方法，其特征在于，放电再生处理对象是固体吸附剂或其他导体材料。

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