CN103349890B - 一种基于纳秒脉冲放电技术脱除室内有害气体的装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于纳秒脉冲放电技术脱除室内有害气体的装置，属于等离子技术领域，在石英管（5）的中心轴上贯通固定着金属制成的杆状高压电极（3），石英管（5）内的中间部位塞满粒状催化剂（7），在石英管（5）外面塞满催化剂（7）的部位缠绕金属线圈（6）；石英管（5）两端用绝缘材料制成的密封塞（4）密封；在石英管（5）的两端分别安装带有阀门的进气管路（8）和出气管路（9）；在靠近进气管路（8）一侧，高压电极（3）穿过密封塞（4）与高压脉冲电源（1）连接。有害气体经过进气管路(8)进入石英管(5)中，经过放电技术脱除的气体经过出气管路(9)到达气体检测系统(10)。本发明采用纳秒脉冲均匀介质阻挡放电等离子体与催化剂协同脱除室内有害气体具有效率高、功效低、空速大、对催化剂表面无损伤和无二次污染等特点。
Description
所属技术领域
本发明属于等离子技术领域，具体涉及一种线-管式纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体协同催化剂脱除甲醛和苯等室内有害气体的装置。
背景技术
室内有害气体，是建筑装修材料及家具制品中释放的具有挥发性的化合物，其中以甲醛、苯、氨气和氡气的危害尤为严重。这些有害气体会对人体的呼吸系统、感官系统以及神经系统带来严重的危害。传统的室内有害气体脱除方法包括化学反应法、高温催化分解法、光催化分解法、物理吸附法、生物处理法等。然而，这些传统的脱除方法都存在一定的弊端，例如：化学反应法只在短期内是有效的，而且会由于反应产物而引起二次污染；吸附法只是将有害气体从气相转换至液相或固相，不能从根本上消除危害；催化法通常只在较高温度下才能实现，功耗大、装置复杂；光催化法存在催化剂效率低等问题。
近二十年来，大气压非平衡等离子体技术作为一种新型的脱除室内有毒有害气体的方法引起了广泛的关注。非平衡等离子体，也称作冷等离子体，其电子温度高达104—105K,具有足够的电子能量通过碰撞致使甲醛、苯等有害气体分子解离、激发和电离，从而将其降解。此外，非平衡等离子体中的OH、O、O3等活性成分能够有效地与甲醛、苯等有害气体分子反应并将其脱除。应用于室内有毒有害气体脱除的大气压非平衡等离子体技术主要有介质阻挡放电和脉冲电晕放电等方法，但是相关研究尚处于初步探索阶段，技术还不成熟，存在脱除效率低、空速不够大、能耗高、尾气中含有大量的CO副产物等难题。
发明内容：
大气压纳秒脉冲放电等离子体技术由于其具有高电子能量、高活性物种浓度、 低能耗等独特的优点而被国内外诸多学者关注。纳秒脉冲的上升沿和脉冲宽度都极短，通常只有几个到几十个纳秒，这种快速的脉冲电场将能量几乎全部用来加速电子，而不是加热气体分子。因此，纳秒脉冲放电等离子体具有较高的电子能量和较低的气体温度，与其他几种放电技术相比，在产生同样浓度的活性物种时消耗的电能最低。
为此，本发明提供了一种基于纳秒脉冲放电技术脱除室内有害气体的装置，主要由高压脉冲电源，配气系统，高压电极，密封塞，石英管，金属线圈，粒状催化剂，进气管路，出气管路和气体检测系统组成，在石英管的中心轴上贯通固定着金属制成的杆状高压电极，石英管内的中间部位塞满粒状催化剂，在石英管外面塞满催化剂的部位缠绕金属线圈；石英管内填塞粒状催化剂的长度与石英管外面缠绕金属线圈的长度相同；石英管两端用绝缘材料制成的密封塞密封；在石英管的两端分别安装带有阀门的进气管路和出气管路；进气管路使石英管与配器系统连通；出气管路使石英管与气体检测系统连通；在靠近进气管路一侧，高压电极穿过密封塞与高压脉冲电源连接。
本发明的有益效果如下:
（1）放电等离子体中的高能电子与甲醛或苯等室内有毒有害气体分子直接发生碰撞，致使其解离、激发和电离而降解；（2）纳秒脉冲放电等离子体中较高浓度的OH、O、O3等化学活性成分能与甲醛或苯等室内有害气体分子发生化学反应，从而将其分解；（3）纳秒脉冲放电等离子体辐射的紫外光线对甲醛或苯等室内有害气体分子的分解能够起到一定的作用；（4）纳秒脉冲放电产生的激发态物种和带电离子与中性粒子的碰撞产生的活性成分通过化学反应对脱除甲醛或苯也具有重要作用。
综上所述,纳秒脉冲均匀介质阻挡放电等离子体与催化剂协同脱除室内有害气体具有效率高、功效低、空速大、对催化剂表面无损伤和无二次污染等特点。
附图说明：
图1是本发明结构示意图
图中：1.高压脉冲电源，2.配气系统，3.高压电极，4.密封塞，5.石英管，6.金属线圈，7.粒状催化剂，8.进气管路，9.出气管路，10.气体检测系统
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案对本发明做详细地说明:
一种基于纳秒脉冲放电技术脱除室内有害气体的装置，主要由高压脉冲电源，配气系统，高压电极，密封塞，石英管，金属线圈，粒状催化剂，进气管路，出气管路和气体检测系统组成，在石英管5的中心轴上贯通固定着金属制成的杆状高压电极3，石英管5内的中间部位塞满粒状催化剂7，在石英管5外面塞满催化剂7的部位缠绕金属线圈6；石英管5内填塞粒状催化剂7的长度与石英管5外面缠绕金属线圈6的长度相同；石英管5两端用绝缘材料制成的密封塞4密封；在石英管5的两端分别安装带有阀门的进气管路8和出气管路9；进气管路8使石英管5与配器系统2连通；出气管路9使石英管5与气体检测系统10连通；在靠近进气管路8一侧，高压电极3穿过密封塞4与高压脉冲电源1连接。
其中，高压脉冲电源1选用大连特种电源厂研制的双极性窄脉冲高压电源，能够产生上升沿约15ns，脉冲宽度20-200ns，脉冲峰值电压0–50kV,脉冲重复频率0-400Hz的脉冲高压。石英管5采用内径为5–20mm，壁厚为1–2mm的石英管；将石英管5中间部分填充TiO2等粒状催化剂7，在石英管外围均匀缠绕铜线圈并接地。石英管5两端用聚四氟乙烯密封塞4并插入直径为1-3mm的高压电极3。将含有少量甲醛和苯的空气由配气系统2通入到石英管5中，高压纳秒脉冲电压施加在高压电极3上，被金属线圈6均匀圈缠绕的石英管5内部会产生均匀放电等离子体。
脱除室内空气中含有的少量甲醛的实施方式：
步骤一：选取内径为8mm、壁厚为1mm的石英管5作为反应器，将直径为1mm的不锈钢电极插入石英管中心位置，并用聚四氟乙烯塞4行固定密封；将石英管中间部分填充TiO2等催化剂小球7，在石英管外围均匀缠绕铜线圈6并接地。
步骤二：石英管进气口8接通配气系统2，出气口9接检测系统10。打开配气系统2，通入含有少量甲醛和苯1000ppm的空气，气流速度为10ml/min。
步骤三：将高压脉冲电源1与高压电极3连接，高压脉冲电源1输出脉冲峰值电压为20kV,重复频率为100Hz，脉冲上升时间约15ns，脉冲宽度约为30ns的高压脉冲，被金属丝均匀缠绕的石英管5内部会产生均匀稳定的等离子体，等离子体中的活性物种成分协同催化剂脱除甲醛的效率能够达到95%以上。
Claims (1)
1.一种基于纳秒脉冲放电技术脱除室内有害气体的装置，主要由高压脉冲电源，配气系统，高压电极，密封塞，石英管，金属线圈，粒状催化剂，进气管路，出气管路和气体检测系统组成；其特征在于在石英管（5）的中心轴上贯通固定着金属制成的杆状高压电极（3）；石英管（5）内的中间部位塞满粒状催化剂（7）；在石英管（5）外面塞满催化剂（7）的部位缠绕金属线圈（6）；石英管（5）内填塞粒状催化剂（7）的长度与石英管（5）外面缠绕金属线圈（6）的长度相同；石英管（5）两端用绝缘材料制成的密封塞（4）密封；在石英管（5）的两端分别安装带有阀门的进气管路（8）和出气管路（9）；进气管路（8）使石英管（5）与配器系统（2）连通；出气管路（9）使石英管（5）与气体检测系统（10）连通；在靠近进气管路（8）一侧，高压电极（3）穿过密封塞（4）与高压脉冲电源（1）连接。
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