CN102269032A - 一种等离子体与二氧化钛协同作用的汽车尾气净化装置 - Google Patents

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梁永东
于双
张珏
方竞
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Abstract

本发明涉及一种等离子体与二氧化钛协同作用的汽车尾气净化装置，目的在于可全面、充分的净化汽车尾气中多种污染气体。本发明高压电极与地极分别位于相邻的介质管内并且所有介质管均紧贴与内壁涂有二氧化钛涂层的透明管外壁，尾气先经过透明管后再穿过介质管外壁后从反应箱排气口排除。本发明利用在介质管外壁产生的等离子体净化汽车尾气，同时利用此等离子体的光透过透明管使得透明管内壁的二氧化钛进行光催化反应来净化汽车尾气，从而实现等离子体与二氧化钛协同作用净化尾气。本发明不但可以处理汽车尾气，还可以用于处理其他废气，应用范围大大拓宽。

Description

一种等离子体与二氧化钛协同作用的汽车尾气净化装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体与二氧化钛协同作用的汽车尾气净化装置，特别是关于一种利用等离子体与二氧化钛光催化反应(以等离子体产生的光作为催化剂)联合净化尾气的装置。
背景技术
等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，被称为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体按温度可分为高温等离子体与低温等离子体，其中低温等离子体是应用最广泛的一种等离子体，广泛应用于环境、材料、电子等领域。
二氧化钛是光催化领域中使用最多的光催化材料，TiO2是一种n型氧化物半导体，它的能带是不连续的，在价带(VB)和导带(CB)之间存在一个禁带，它主要有两种晶形：锐钛矿型和金红石型。一般认为，锐钛矿型具有较高的活性，当它受到光子能量等于或高于该禁带宽度的光辐照时，其价带上的电子(e-)就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴(h+)，形成了电子-空穴对。产生的电子、空穴在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，使原本不吸收光的物质被氧化，电子受体则通过接受表面的电子而被还原，完成光催化反应过程。二氧化钛较强的光催化性能使得其在污水处理与废气净化领域大显身手。
虽然低温等离子体与二氧化钛各自都有废气净化的能力，但是它们各自的专一性较强，使得它们各自的应用领域十分狭窄。比如：低温等离子体处理一氧化氮(NO)气体的效果十分明显，但是对于碳氢(HC)以及一氧化碳(CO)等气体的净化能力较差；二氧化钛在紫外或可见波段下处理CO以及HC等气体效果很明显，但是对于NO气体的净化十分有限。汽车尾气是一种含有多种污染气体的混合物，包括NO气体、HC气体、CO气体、CO2气体等，低温等离子体与二氧化钛各自的专一性使得在它们在处理汽车尾气时受到了极大的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种等离子体与二氧化钛协同作用的汽车尾气净化装置，目的在于可全面、充分的净化汽车尾气中多种污染气体。
本发明工作时，等离子体能够净化汽车尾气，同时利用等离子体自身的发出的光透过透明管使得透明管内壁的二氧化钛进行光催化反应来净化尾气，从而实现等离子体与二氧化钛协同作用净化尾气。
本发明的一种尾气净化装置，包括电源、内壁涂有二氧化钛的透明管、介质管、高压电极与地极、反应箱体。其特征在于：所述高压电极与地极为圆柱状或空心管状，所述介质管为空心管，所诉高压电极与地极皆置于介质管内并且高压电极与地极的外径等于介质管的内径。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：置于介质管内的高压电极与地极皆为相邻关系即相邻两个介质管内一定分别放置高压电极与地极。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：多个介质管紧贴与内壁涂有二氧化钛的透明管外壁。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：在介质管的外壁与相邻介质管的间隙进行介质阻挡放电产生等离子体。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：利用等离子体发出的光，在透明管内壁进行二氧化钛的光催化反应。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：内壁涂有二氧化钛的透明管的材料可以选用适应等透光性好的材料。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：尾气先从进气口进入，经过二氧化钛处理后，再经过等离子体处理，之后从反应箱体的出气口排出。
所述的一种尾气净化装置，其特征在于：所述电源为交流电源、脉冲直流电源或者射频电源。
本发明既能净化尾气中的NO，也能除去尾气中的CO、HC、CO2等，气体充分反应，本发明不需要连接额外的电路给二氧化钛催化提供能量，直接用等离子体产生的紫外与可见光作为光源恰好在二氧化钛催化的波段。
本发明不但可以处理汽车尾气，还可以用于处理其他废气，应用范围大大拓宽。本发明体积小、成本低廉、维护方便、安全可靠、可携带性强；通过使用不同的电源参数，可以产生出接近室温的等离子体，同时增强二氧化钛催化效率，实现了常温常压下的应用。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明结构示意图图1的A-A剖面图
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，包括电源1，透明管7，二氧化钛涂层10，介质管9，高压电极11，地极3，反应箱体8。二氧化钛涂层10被均匀涂抹在透明管7的内壁上，高压电极11与地极3皆置于介质管9内并且高压电极11与地极3的外径等于介质管9的内径。
相邻的介质管9之间可以紧贴也可以保持一定的间隙。
介质管9紧贴在透明管7的外壁上。
高压电极11与地极3可以选用铜、铝、铁、钢等圆柱状或空心管状导电性材料。
介质管9可以选用石英玻璃、氧化铝陶瓷等刚性绝缘材料，
介质管9的长度，高压电极的11的长度，地极3的长度，透明管7的长度，反应箱体的长度均可在一定范围内调整。
以汽车尾气(汽油机)为例，将尾气通入进气口6，将电源1的地极2与大地连接好，高压电极11接至电源1，地极3与大地连接好，选择交流电源为装置驱动电源。调节电源输出电压幅值至10千伏，频率10千赫兹，会在介质管9的外壁与介质管之间产生等离子体，同时产生的等离子体放出的光使得透明管7内壁的二氧化钛涂层10发生光催化反应，这样等离子体与二氧化钛联合净化尾气，尾气先经过二氧化钛处理后再经过等离子体处理，最后从排气口5排除。
输入气体可为汽车尾气，工厂废气，有毒气体等有害气体。输出交流电压的幅值可为220伏-100千伏，频率50赫兹-30兆赫兹；或输出脉冲直流电压幅值220伏-100千伏，频率50赫兹-30兆赫兹脉宽，脉宽大于等于1纳秒。

Claims (5)

1.一种尾气净化装置，包括电源，内壁有二氧化钛涂层的透明管，介质管，高压电极，地极，反应箱体。其特征在于：二氧化钛涂层被均匀涂抹在透明管的内壁上，高压电极与地极皆置于介质管内并且高压电极与地极的外径等于介质管的内径。
2.如权利要求1所述的一种尾气净化装置，其特征在于：相邻的介质管之间可以紧贴也可以保持一定的间隙。
3.如权利要求1或2所述的一种尾气净化装置，其特征在于：介质管紧贴在透明管的外壁上。
4.如权利要求1或2或3所述的一种尾气净化装置，其特征在于：利用在介质管外壁产生的等离子体净化汽车尾气，同时利用此等离子体的光透过透明管使得透明管内壁的二氧化钛进行光催化反应来净化汽车尾气，从而实现等离子体与二氧化钛协同作用净化尾气。
5.如权利要求4所述的一种尾气净化装置，其特征在于：所述电源为交流电源、脉冲直流电源或者射频电源。
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