CN104162360A - 一种等离子体催化空气净化装置 - Google Patents

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李小松
严义清
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Abstract

本发明公开了一种等离子体催化空气净化装置，包括用于产生等离子体的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间设有绝缘介质和催化剂床层，所述第一电极和第二电极之间产生相对运动。本发明采用让第一电极和第二电极之间产生相对运动，带动等离子体放电区依次作用于整个催化剂床层，通过等离子体活性物种将催化剂上存储的有机污染物完全氧化为二氧化碳和水，不仅处理风量大、功耗低，而且气阻小，大大提升了空气净化效果。通过电极相对运动带动等离子体放电区移动，对整个催化剂进行依次处理，因此功耗显著下降，解决了整个催化剂床层同时处理面临的等离子体高功耗问题，并且电极相对运动具有放电更稳定、更均匀和更高效的优点。

Description

一种等离子体催化空气净化装置
技术领域
本发明涉及低温等离子体环境应用技术，尤其涉及一种等离子体催化空气净化装置。
背景技术
建筑装修材料和有机溶剂的使用，会导致挥发性有机污染物的释放，严重污染人们的生活环境，引发多种疾病和并发症。大气压低温等离子体是一种用于室内空气净化的新技术，低温等离子体具有非常高的能量选择性，电子被优先加速到1-10eV，而气体温度不高，甚至保持在室温，电子和气体分子碰撞，通过激发、解离过程产生大量活性物种，可在低温条件下脱除污染物，具有快速高效的优点。但是单纯等离子体用于污染物的脱除，能耗高，污染物的脱除率低，并且目标产物的选择性差，因此需要将等离子体与催化剂相结合。等离子体和催化剂结合主要采用一段法和两段法两种方式，其中一段法是指将催化剂置于放电区的内置式等离子体催化方式；两段法是指将催化剂置于放电区后的后置式等离子体催化方式。两段法中由于催化剂置于放电区后，所以只能利用等离子体中产生的长寿命物种O3，但是其结构简单，易于实现，所以较多被采用。一段法中催化剂置于放电区，可利用等离子体中产生的O和OH等短寿命的活性物种，可对污染物进行更快速高效的脱除,一段法等离子体与催化剂结合用于污染物脱除在实验室已有研究，但是目前尚未见此研究的工业应用。其原因是实验室研究采用的线筒结构介质阻挡放电等离子体催化反应器，存在处理风量小、气阻大、难以放大等实用化的障碍。
如专利号为200510066535，专利名称为“一种低温等离子体空气净化催化反应器及其制备工艺”，该方法利用电晕放电等离子体和催化剂相结合净化空气，但是电晕放电只能在电晕丝附近产生较弱的等离子体，其等离子体中短寿命的活性物种难以被催化剂利用，故此结构效率不高。又如专利号为200610104652.5，专利名称为“一种吸附法与低温等离子体相结合的室内空气净化方法”，该方法中采用针板电晕结构等离子体反应器，其同样存在等离子体只在电极尖端产生的问题。虽然该专利中提到可采用介质阻挡放电结构，但是其所述的介质阻挡放电结构，只是在针板电晕结构之间加入绝缘介质，该结构同样不能避免等离子体只在电极尖端产生的问题。另外，以上两个专利中，等离子体对催化剂的处理，需要同时处理整个催化剂床层，难以解决等离子体高功耗的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种等离子体催化空气净化装置，不仅处理风量大，等离子体功耗小，而且气阻小，大大提升空气净化效果。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种等离子体催化空气净化装置，包括用于产生等离子体的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极之间设有绝缘介质和催化剂床层，所述第一电极和第二电极之间产生相对运动。
进一步地，所述第一电极采用金属棒条结构或者金属环结构。
进一步地，所述第一电极的数量为至少一个。
进一步地，所述第二电极采用布有5-1000目网孔的金属平板或网板结构或者圆筒结构。
进一步地，所述第一电极和第二电极连接单极性或双极性脉冲高压或频率不小于50Hz的交流高压。
进一步地，还包括驱动第一电极和第二电极产生相对运动的驱动机构。
优选地，所述驱动机构为驱动第一电极运动的电机。
进一步地，所述第一电极是直径或宽度为0.1-10mm的金属棒条，所述绝缘介质为套装在金属棒条外壁上的石英管、陶瓷管或聚四氟乙烯管。
进一步地，所述第一电极是直径或宽度为0.1-10mm的金属环，所述绝缘介质为套装在金属环外壁上的石英环、陶瓷环或聚四氟乙烯环。
进一步地，所述催化剂床层为粒径0.1-10mm的球形或类球形颗粒床层，或蜂窝和泡沫状整体结构催化剂床层，床层厚度为0.1-100mm。
上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明采用让第一电极和第二电极之间产生相对运动，带动电极之间的等离子体放电区依次作用于整个催化剂床层，通过等离子体中产生的活性物种将催化剂上存储的有机污染物完全氧化为二氧化碳和水，不仅处理风量大，而且气阻小，大大提升空气净化效果，本发明中通过电极相对运动带动等离子体放电区运动，对整个催化剂进行依次处理，因此功耗显著下降，解决了整个催化剂床层同时处理面临的等离子体高功耗问题，并且电极相对运动具有放电更稳定、更均匀和更高效的优点。
附图说明
图1是本发明实施例一的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图2是本发明实施例二的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图3是本发明实施例三的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图4是本发明实施例四的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图5是本发明实施例五的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图6是本发明实施例六的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图7是本发明实施例七的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图8是本发明实施例八的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
图9是本发明实施例九的大气压低温等离子体催化空气净化装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明等离子体催化空气净化装置包括用于产生等离子体的第一电极1和第二电极4，第一电极1和第二电极4之间设有绝缘介质2和催化剂床层3，本发明采用让第一电极1和第二电极4之间产生相对运动，带动等离子体放电区依次作用于整个催化剂床层3，通过等离子体活性物种将催化剂上存储的有机污染物完全氧化为二氧化碳和水，不仅处理风量大，而且气阻小，大大提升空气净化效果。下面通过不同实施例来进一步说明。
实施例一
如图1所示，本实施例等离子体催化空气净化装置包括第一电极1、绝缘介质2、催化剂床层3和第二电极4。其中，第一电极1是直径为3mm的不锈钢棒；绝缘介质2是内径为3mm、厚度为1mm的石英管；催化剂床层3是床层厚度为10mm的贵金属催化剂小球颗粒填充床层；第二电极4为80目的金属网。
以甲苯浓度150mg/m3的模拟空气通入该等离子体催化净化装置，2kHz的交流高压加在第一电极1和第二电极4上，则在第一电极1与第二电极4之间的气体会被击穿形成介质阻挡放电等离子体；通过驱动机构(比如电机)带动第一电极1沿箭头方向以0.5cm/s作水平运动，带动等离子体放电区依次作用于整个催化剂床层3，通过等离子体活性物种将催化剂上吸附存储的甲苯完全氧化为二氧化碳和水。
实施例二
如图2所示，与实施例一不同的是，本实施例中的第一电极1置于催化剂床层3下方，第二电极4置于催化剂床层3上方，其余条件与实施例一相同。
实施例三
如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中的第二电极4改为圆筒状，第一电极1的运动方式绕轴心以2r/min旋转，其余条件与实施例一相同，同样可以将甲苯完全氧化为二氧化碳和水。
实施例四
如图4所示，与实施例三不同的是，本实施例中的第一电极1置于催化剂床层3外侧，第二电极4置于催化剂床侧内侧，其余条件与实施例三相同。
实施例五
如图5所示，与实施例二不同的是，本实施例中的第一电极1为置于催化剂床层3内侧的圆环状电极，石英管采用石英环替换，其他条件与实施例一相同。
实施例六
如图6所示，与实施例五不同的是，本实施例中的第一电极1为置于催化剂床层3外侧的圆环状电极，石英管采用石英环替换，其他条件与实施例一相同。
实施例七
如图7所示，与实施例一不同的是，本实施例中的第一电极1置于催化剂床层3中间，第二电极4置于催化剂床层3上下两侧，其余条件与实施例一相同。
实施例八
如图8所示，与实施例三不同的是，本实施例中的第一电极1置于催化剂床层3中间，第二电极4置于催化剂床层3内外两侧，其余条件与实施例三相同。
实施例九
如图9所示，与实施例五不同的是，本实施例中的第一电极1置于催化剂床层3中间，第二电极4置于催化剂床层3内外两侧，其余条件与实施例五相同。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种等离子体催化空气净化装置，包括用于产生等离子体的第一电极和第二电极，其特征在于，所述第一电极和第二电极之间设有绝缘介质和催化剂床层，所述第一电极和第二电极之间产生相对运动。
2.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第一电极采用金属棒条结构或者金属环结构。
3.如权利要求2所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第一电极的数量为至少一个。
4.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第二电极采用布有5-1000目网孔的金属平板或网板结构或者圆筒结构。
5.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极连接单极性或双极性脉冲高压或频率不小于50Hz的交流高压。
6.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，还包括驱动第一电极和第二电极产生相对运动的驱动机构。
7.如权利要求6所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述驱动机构为驱动第一电极运动的电机。
8.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第一电极是直径或宽度为0.1-10mm的金属棒条，所述绝缘介质为套装在金属棒条外壁上的石英管、陶瓷管或聚四氟乙烯管。
9.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述第一电极是直径或宽度为0.1-10mm的金属环，所述绝缘介质为套装在金属环外壁上的石英环、陶瓷环或聚四氟乙烯环。
10.如权利要求1所述的等离子体催化空气净化装置，其特征在于，所述催化剂床层为粒径0.1-10mm的球形或类球形颗粒床层，或蜂窝和泡沫状整体结构催化剂床层，床层厚度为0.1-100mm。
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