CN108043217A - 一种等离子体原位耦合光催化装置 - Google Patents

一种等离子体原位耦合光催化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体原位耦合光催化装置，包括高压电源、外壳、紫外灯以及介质阻挡放电结构，介质阻挡放电结构包括管状介质、内电极以及外电极。本发明装置在等离子体光催化原位耦合结构的基础上，安装紫外灯管强化光催化过程，有效解决了等离子体放电和紫外灯之间高低压配电的电气安全，等离子体和光催化耦合效果好，可有效提高挥发性有机气体净化效率并降低运行能耗。此外，本发明装置结构简单，易于功率放大，适用于室内空气净化、工业挥发性有机气体处理等应用场景。

Description

一种等离子体原位耦合光催化装置
技术领域
本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种等离子体原位耦合光催化装置。
背景技术
随着人们对空气质量要求不断的提高，国家法律法规对挥发性有机气体的标准要求日趋严格，高效、低成本的挥发性有机气体净化技术成为市场需求的热点。常用的净化处理方法有：液体吸收法、吸附法、催化燃烧法、生物法、等离子体技术、光催化法等。其中离子体协同光催化法处理挥发性有机气体，可以有效结合二者之间的优势，形成高效、节能的复合处理工艺。
等离子体放电过程中产生强氧化性的高能电子，O、OH、HO2自由基，臭氧、双氧水分子以及放电过程中辐射出的紫外线等，都可以被光催化剂直接利用，提高光催化降解效率。常规的等离子体结合光催化工艺有两种：其一为两段式工艺，挥发性有机气体首先通过等离子体区段，再进入光催化区段；其二为等离子体放电结构上负载光催化剂，利用等离子体放电的紫外线，直接激发光催化反应。第一种方案的不足是气体经过等离子体处理后，需要一定时间进入光催化区段，而氧化活性较高的自由基、高能电子等，其寿命较短，无法到达光催化区段，同时放电产生的紫外线也无法被光催化剂吸收利用，此外等离子体处理挥发性有机气体产生的气溶胶，沉积到光催化剂表面时易导致光催化剂失活；第二种方案的不足是等离子体放电的紫外线强度，相比一般光催化工艺采用的紫外灯，不足以驱动光催化剂有效降解污染物，达到相关的排放标准。
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种等离子体原位耦合光催化装置，在等离子体光催化原位耦合结构的基础上，安装紫外灯管强化光催化过程，有效解决了等离子体放电和紫外灯之间高低压配电的电气安全；该装置结构简单，易于功率放大，适用于挥发性有机气体处理等应用场景。
一种等离子体原位耦合光催化装置，包括高压电源和外壳，外壳内设有管状的紫外灯以及介质阻挡放电结构，外壳两端分别开有进气口和出气口；
所述介质阻挡放电结构包括管状介质、内电极和外电极，所述紫外灯贯穿整个管状介质并与之平行且同轴，所述内电极贴近于管状介质的内表面，所述外电极贴近于管状介质的外表面，管状介质的内表面上负载有光催化剂，光催化剂的负载区域不超过内电极覆盖的范围；
所述高压电源的低压端通过引线与外壳以及内电极相连并接地，高压端通过引线与外电极相连。
进一步地，所述高压电源采用交流电源或脉冲电源。
进一步地，所述外壳采用金属材质。
进一步地，所述外电极采用网孔电极、线电极或管电极，所述内电极采用网孔电极或线电极。
进一步地，所述高压电源的高压端引线通过外壳上的绝缘子连接至外电极上。
进一步地，所述紫外灯与管状介质通过外壳内部的支撑件固定以保持两者平行且同轴。
进一步地，所述管状介质的外表面根据外电极种类选择负载或不负载光催化剂。
本发明装置在运行过程中，等离子体放电产生在管状介质表面，其中内表面未被覆盖的区域可以接受紫外灯照射，实现强化的等离子光催化原位耦合，对流经反应器的挥发性有机气体进行深度氧化处理；由于紫外灯位于接地的内电极一侧，其运行不受高压影响，无高低压安全隐患。
与现有设备相比，本发明装置具有以下优势：
(1)本发明等离子体放电发生在光催化剂表面，因此光催化剂可最大限度利用等离子体放电产生的活性化学物质和紫外线。
(2)本发明内置紫外灯，光催化剂降解效率高，解决了紫外灯同高压放电体系耦合的高低压电气安全问题。
(3)本发明装置结构简单可靠，模块化设计易于功率放大。
附图说明
图1为本发明装置实施案例1的结构示意图。
图2为本发明装置实施案例2的结构示意图。
图中：1—管状介质，2—内电极，3—外电极，4—光催化剂，5—汞灯，6—支撑件，7—支撑件，8—高压电源，9—高压电源线，10—绝缘子，11—导线，12—进气口，13—出气口。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明等离子体原位耦合光催化装置包括高压电源、外壳、紫外灯以及介质阻挡放电结构，介质阻挡放电结构包括管状介质、内电极以及外电极。
管状介质内表面负载光催化剂，外表面根据外电极种类选择负载或不负载光催化剂，光催化剂负载的区域不超过电极覆盖的范围；内电极采用网孔电极或线电极，并贴近管状介质内表面，内电极通过导线同外壳相连并接地；外电极采用网孔电极、线电极或管电极，并贴近管状介质外表面，外电极由高压电源线，通过外壳上的绝缘子连接到高压电源的高压输出端。
外壳采用金属材质并接地；高压电源采用交流或脉冲电源；紫外灯为管式，通过外壳内部的固定结构，使紫外灯与放电结构同轴，并通过绝缘线穿过外壳连接市电；介质阻挡放电结构通过外壳内部的绝缘支撑结构固定。
本发明装置在运行过程中，等离子体放电产生在管状介质表面，其中内表面未被覆盖的区域可以接受紫外灯照射，实现强化的等离子光催化原位耦合，对流经反应器的挥发性有机气体进行深度氧化处理；由于紫外灯位于接地的内电极一侧，其运行不受高压影响，无高低压安全隐患。
实施案例1
如图1所示，本实施方式的等离子体原位耦合光催化装置，包括外壳的进气口12、出气口13、用于控制管状介质1与汞灯5平行且同轴的支撑件6和7；支撑件6和7均允许气流通过。
外壳与高压电源8的低压引线相连并接地，高压电源8的低压引线通过导线11与介质阻挡放电结构的内电极2相连，高压电源线9通过外壳上的绝缘子10与介质阻挡放电结构的外电极3相接；高压电源8采用脉冲电源。
介质阻挡放电结构的内电极2采用菱形不锈钢网电极，并贴近管状介质1内表面，外电极3采用不锈钢滤网电极，并贴近管状介质1外表面，管状介质1内外表面均负载光催化剂4，且负载区域不超过内电极2和外电极3覆盖的范围。介质阻挡放电结构能同时在管状介质1的内外表面放电，放电过程中可利用汞灯5进行照射。
实施案例2
如图2所示，本实施方式的等离子体原位耦合光催化装置，包括外壳的进气口12、出气口13、用于控制控制管状介质1与汞灯5平行且同轴的支撑件6和7；支撑件7均允许气流通过，支撑件6全闭合，不允许气流通过。
外壳与高压电源8的低压引线相连并接地，高压电源8的低压引线通过导线11与介质阻挡放电结构的内电极2相连，高压电源线9通过外壳上的绝缘子10与介质阻挡放电结构的外电极3相接；高压电源8采用高频交流电源。
介质阻挡放电结构的内电极2采用多根同轴向并与汞灯5平行的线电极，多根电极之间用金属件连接固定，贴近并均匀围绕管状介质1的内表面；外电极3采用不锈钢管，并紧密贴合管状介质1的外表面，管状介质1的内表面负载光催化剂4，负载区域不超过内电极2，外表面不负载光催化剂。介质阻挡放电结构只在管状介质1的内表面放电，外表面不放电，放电过程中可利用汞灯5进行照射，保证所有气体都能经过光催化。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种等离子体原位耦合光催化装置，包括高压电源和外壳，其特征在于：外壳内设有管状的紫外灯以及介质阻挡放电结构，外壳两端分别开有进气口和出气口；
所述介质阻挡放电结构包括管状介质、内电极和外电极，所述紫外灯贯穿整个管状介质并与之平行且同轴，所述内电极贴近于管状介质的内表面，所述外电极贴近于管状介质的外表面，管状介质的内表面上负载有光催化剂，光催化剂的负载区域不超过内电极覆盖的范围；
所述高压电源的低压端通过引线与外壳以及内电极相连并接地，高压端通过引线与外电极相连。
2.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述高压电源采用交流电源或脉冲电源。
3.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述外壳采用金属材质。
4.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述外电极采用网孔电极、线电极或管电极，所述内电极采用网孔电极或线电极。
5.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述高压电源的高压端引线通过外壳上的绝缘子连接至外电极上。
6.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述紫外灯与管状介质通过外壳内部的支撑件固定以保持两者平行且同轴。
7.根据权利要求1所述的等离子体原位耦合光催化装置，其特征在于：所述管状介质的外表面根据外电极种类选择负载或不负载光催化剂。
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