CN102371001B - 双地极气体净化高能电场装置及气体高能放电净化方法 - Google Patents
双地极气体净化高能电场装置及气体高能放电净化方法 Download PDFInfo
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Abstract
双地极气体净化高能电场装置及气体高能放电净化方法，能高效地净化气体，其中，高压极为丝、网、孔、尖状突出物等形状，布置在介质的外侧；介质具有通过气流的通道；接地极一为导电管或导电棒，设置在介质流道中心，二为导电吸附剂，设置在该介质流道的出口外侧；该方法将供气体流动的流道置于高压脉冲放电电场中，该高压脉冲放电电场在该流道内进行电晕-辉光放电，电离气体，介质在高压脉冲电场的作用下形成附加电场，并与高压电场一起对电子或离子加力提升能级和放电能量密度，以使高能荷电粒子断开污染物化学键并在空气中产生活性物质，完成降解去除气体污染物和杀灭细菌、病毒的物理化学反应，并使气体流过导电吸附剂，进一步提高净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电场装置及气体净化方法，尤其涉及一种净化气体的高能电场装置以及利用电场高能放电净化气体的方法。
背景技术
建筑物内的气体污染主要由以下几个方面产生：
生产车间和实验室等会产生包括硫化氢、氨气、醛类和苯类等多种有机挥发物有害气体；
吸烟场所的尼古丁、焦油等有机挥发物和一氧化碳等有害烟气；
室内装修会产生甲醛和苯类有机挥发物；
办公楼、宾馆、医院、商场、影院、饭店、体育馆、室内娱乐场所等由于人群聚集，对人体有害的有机挥发物不断产生，在中央空调的情况下，空气污浊，污染物、细菌和病毒容易侵入人体；
当汽车进入隧道时，车速较慢，车流高峰时隧道内交通不畅，时常处于怠速状态行驶，导致汽油、柴油燃烧不完全，产生高浓度污染废气；汽车废气含有150多种不同化合物，在气体中，对人危害最大的是一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物，占全部有害气体的80％～90％以上。
建筑物内空气气体污染物净化技术可以分为：
(Ⅰ)吸附剂吸附气体污染物，吸附剂会饱和；
(Ⅱ)催化剂催化去除气体污染物，催化剂会失活；
(Ⅲ)现有的低温等离子体去除污染物，技术存在能流密度低、能级不高，去除污染物效率低的缺陷。
近年来，国内外对低温等离子体净化空气技术开展了很多研究，对它寄予了很大的期望(R McAdams Prospects for non-thermal atmospheric plasmas forpollution abatement.J.Phys.D：Appl.Phys.34(2001)2810-2821)。但因能效比不高，荷电粒子的能量较低，限制了它的应用。低温等离子体-催化协同净化技术是一项新的处理技术，能耗较低，在处理VOCs、氮氧化物、机动车尾气方面都有着广阔的发展前景(Miessner H，Francke K，Rudolph R.Plasma-enhanced HC-SCR of NOx in the presence of excess oxygen[J].Applied CatalysisB：Environmental，2002，36：53-62；黄立维，林鑫海，顾巧浓等：电晕-吸收法治理甲苯废气实验研究[J].环境科学学报，2006，26(1)：17～21)，但实验仅仅是把独立的低温等离子体电场和独立的催化剂放置在一起，电场反应与催化反应不匹配，去除污染物效果不稳定。专利“纳米二氧化钛等离子体放电催化羟基自由基-臭氧发生器”(ZL.专利号03251304.6)用于废水处理设备等领域，采用了同心管电极场，电极间负载纳米二氧化钛，对废水进行强氧化处理。
此外，国内外对吸附剂、催化剂去除一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和碳氢化合物等有毒气体进行了大量研究，但不是效果不明显，就是价格太高或很快失效。
发明内容
本发明基于对高压脉冲放电电场和空气与空气中的水蒸气、气体污染物之间的物理化学反应和能量转换的关联研究，提出气体净化电场装置及气体净化方法。
为实现所述目的的双地极气体净化高能电场装置，其特点是，包括装置单元，该装置单元包括高压极、双接地极和可形成附加电场的介质；高压极为丝、网、孔或尖状突出的形状，布置在介质的外侧；介质具有通过气流的介质流道；双接地极包括导电吸附剂和导电管或导电棒，导电管或导电棒设置在介质流道中心，导电吸附剂设置在该介质流道出口外侧。
所述的双地极气体净化高能电场装置，其进一步的特点是，导电吸附剂由一种吸附剂或多种吸附剂组成，吸附剂的形状为颗粒状或者蜂窝板。
所述的双地极气体净化高能电场装置，其进一步的特点是，导电吸附剂负载有金属氧化物或化合物组分的催化剂和反应物质。
所述的双地极气体净化高能电场装置，其进一步的特点是，高压极为套在介质外壁上的金属丝、网、孔、尖状突出物或形成在介质外壁上的金属涂层网路。
所述的双地极气体净化高能电场装置，其进一步的特点是，多个装置单元并联或串联，所述流道的气流方向与高压极和导电管或导电棒之间的电场方向垂直。
所述的双地极气体净化高能电场装置，其进一步的特点是，高压极和中低频高压脉冲发生电源电连接。
为实现所述目的的利用高压脉冲放电电场进行气体高能放电净化的方法，其特点是，该方法将供气体流动的流道置于高压脉冲放电电场中，利用该高压脉冲放电电场在该流道内进行电晕-辉光放电，电离气体，并利用介质在高压脉冲放电电场的作用下在该流道内形成附加电场，该附加电场与高压电场一起对电子或离子加力提升能级和放电能量密度，以使高能荷电粒子断开污染物化学键并在空气中产生活性物质，完成降解去除气体污染物和杀灭细菌、病毒的物理化学反应，并使气体流过导电吸附剂，进一步提高净化效果。
本发明的有益效果是：
污浊空气进入由高压极、接地极、介质构成的高能电场区，电场的能流密度大，能级高，能高速净化处理流过电场的有害气体。利用高压极高压脉冲放电，电离空气产生高能电子和离子，高能荷电粒子一方面在空气中产生活性氧原子和羟基自由基等活性物质，另一方面其撞击能量有利于断开污染物的化学键，完成降解去除气体污染物和杀灭细菌、病毒的物理化学反应，并使气体流过导电吸附剂，进一步提高净化效果。
附图说明
图1是本发明的气体净化电场装置的第一实施例的构造图。
图2是本发明的气体净化电场装置的第二实施例的构造图。
具体实施方式
如图1所示，在外壳8中，固定有间隔开的两支撑挡板7，支撑挡板7的内侧固定连接定位绝缘套6，介质管3的两端安装在定位绝缘套6上，高压极1和接地极2分别位于介质管3的外、内侧，介质管3提供气体流动的流道，导电吸附剂4设置在介质管3的出口外侧。高压极1与电源5直接相接，而接地极2、导电吸附剂4直接接地。
在图1所示的实施例中，高压极1为金属丝网或金属印刷网路，套在介质管3的外侧，高压极1还可以是丝、孔(如孔板)或尖状突出的形状，在介质管2的外侧的局部周向表面上均匀布置。接地极2为金属棒，安装在介质管3的中心轴线上。导电吸附剂4设置为辅助地极，接地极2的一端接触辅助地极。电源5为中低频高压脉冲发生电源。导电吸附剂4由蜂窝活性炭板组成，或者导电吸附剂板由一种吸附剂或多种吸附剂组成，吸附剂的形状为颗粒床或者蜂窝板，较佳地，吸附剂板的吸附剂颗粒物或蜂窝板表面负载有金属氧化物或化合物组分的催化剂和反应物。
高压极1和接地极2之间形成特殊设计的有害气体流过的高压脉冲放电电场。有害气体流过介质管时，电场可局部电晕-辉光放电电离空气并在高压电场和附加电场的作用下对电子或离子加力提升能量。高压电场由高压极和接地极之间形成，而附加电场由介质管3形成，此处介质管作为“介质”在外电场即高压电场的作用下，其中的正负电荷发生相对位移，产生极化和磁化，介质内部及表面出现宏观的电荷电流分布，这些宏观的电荷电流分布会激发原电场外的电场，该电场即为附加电场，该“介质”即为可形成附加电场的介质，该“介质”可以是但不限于由二氧化硅构成。此处“电晕-辉光放电”是指在电场内除辉光放电外，同时出现电晕放电。在图1所示的实施例中，气体在高压脉冲不均匀电场中，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，产生电晕放电，逐渐调高电压至起辉(开始产生辉光放电)，使电场中既有电晕放电，又有辉光放电，此时的放电能量能高效去除大部分气体污染物，又比完全辉光放电节约很多能量，降低噪音，减少臭氧排放。
本发明的方法可以结合图1所示的实施例来说明，如图1所示，被净化的气流方向与电场方向垂直。由于高压极1和接地极2、介质管3、导电吸附剂4之间构成的管式电场可通过排管式组合(如图2所示的实施例)使流道截面大，流阻小，适用于气体大流量通过。污浊空气进入排管式高能电场区。电场的能流密度大，能级高，能高速净化处理流过电场的有害气体。该高压脉冲放电电场区产生电晕-辉光放电，使流过的空气电离，产生高能电子和离子，高能荷电粒子一方面其撞击能量有利于断开污染物的化学键，另一方面和空气中的氧气和水蒸气反应产生具有很强的氧化性的活性氧原子和羟基自由基，与混合在空气中的污染气体和被导电吸附剂4吸附浓缩的污染气体起反应，同时电场产生的高能等离子体有助于提高催化剂的活性，该电场使碳氢化合物降解，使臭气(硫化氢、氨气等)和香烟的烟味去除，使甲醛、氮氧化物、二氧化硫氧化分解为无害或易去除的物质，使一氧化碳氧化为二氧化碳，完成去除气体污染物和杀灭细菌和病毒的物理化学反应，因此大大提高了其净化能力，使污染气体的去除效率提高。
图1示出的气体净化电场装置可以作为一个装置单元，在实际应用中，可以将多个装置单元并联或串联，每个单元由一个高压脉冲电源驱动，如图2所示的实施例中，是将两个装置单元并联。
Claims (7)
1.双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，包括装置单元，该装置单元包括高压极、双接地极和可形成附加电场的介质；高压极为丝、网、孔或尖状突出的形状，布置在介质的外侧；介质具有通过气流的介质流道；双接地极包括导电吸附剂和导电管或导电棒，导电管或导电棒设置在介质流道中心，导电吸附剂设置在该介质流道出口外侧。
2.如权利要求1所述的双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，导电吸附剂由一种吸附剂或多种吸附剂组成，吸附剂的形状为颗粒状或者蜂窝板。
3.如权利要求2所述的双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，导电吸附剂负载有金属氧化物或化合物组分的催化剂和反应物质。
4.如权利要求1所述的双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，高压极为套在介质外壁上的金属丝、网、孔、尖状突出物或形成在介质外壁上的金属涂层网路。
5.如权利要求1所述的双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，多个装置单元并联或串联，所述流道的气流方向与高压极和导电管或导电棒之间的电场方向垂直。
6.如权利要求1所述的双地极气体净化高能电场装置，其特征在于，高压极和中低频高压脉冲发生电源电连接。
7.利用高压脉冲放电电场进行气体高能放电净化的方法，其特征在于，该方法将供气体流动的流道置于高压脉冲放电电场中，利用该高压脉冲放电电场在该流道内进行电晕-辉光放电，电离气体，并利用介质在高压脉冲放电电场的作用下在该流道内形成附加电场，该附加电场与高压电场一起对电子或离子加力提升能级和放电能量密度，以使高能荷电粒子断开污染物化学键并在空气中产生活性物质，完成降解去除气体污染物和杀灭细菌、病毒的物理化学反应，并使气体流过导电吸附剂，进一步提高净化效果。
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