CN108525482A - 一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置及方法，包括高压放电室、高压脉冲介质阻挡放电装置、碱性雾化区和系统动力引风机，高压脉冲介质阻挡放电装置包括高压脉冲静电发生器、高压电极板、绝缘介质体、金属丝网和接地电极；碱性雾化区包括阵列式毛细管雾化喷嘴、高压静电发生器和碱性液体供给箱，并设有液体收集箱。通过高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室内形成高压放电区，形成高能电子、自由羟基、臭氧及活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，微米级的碱性雾化液滴吸收有机废气以中和酸性气体。本发明能有效杀灭空气中细菌，吸收有机气体和中和氧化与分解的酸性气体，实现室内VOCs脱除。

Description

一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的 装置及方法
技术领域
本发明涉及一种室内空气净化装置及净化方法，具体涉及一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置及方法。
背景技术
目前，随着经济发展与人民物质生活水平的提高，各种有机聚合物在日常生活中广泛使用，比如室内装饰装修材料、电器产品、日用化学品等，致使室内空气污染不断加剧，室内空气污染已成为公众关注的重要环境问题。由于室内环境相对封闭，各种有机集合物材料缓慢释放的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, 简称VOCs）在室内累积并缓慢的释放，导致室内空气VOCs浓度增高，使生活在室内人们遭受VOCs的污染，并且导致室外局域环境空气中的VOCs浓度有所增加。据统计目前在室内环境空气中已检出大约300多种VOCs，其中多数化合物对人体有害，有的还具有严重的致癌作用。
现有室内空气净化技术主要包括物理吸附技术、HEPA高效过滤技术、光触媒净化技术、静电集尘技术与静电细水雾除尘技术等。物理吸附利用活性炭、沸石和硅胶等比面积很高的多孔介质材料吸附空气中可吸入颗粒物与粉尘，并能吸附挥发性有机物，但是由于吸附饱和后材料容易造成污染物的重新排放，形成二次污染。HEPA高效过滤技术将含尘气流通过玻璃纤维滤纸等过滤膜材料，均匀布置的纤维材料对颗粒物形成了阻隔网，能够有效净化空气，是一种较为传统的空气净化技术，也是目前最常用的空气净化技术，广泛运用于手术室、动物实验室、 晶体实验和航空等高洁净场所。但是由于该技术过滤网需要定期清洁，颗粒物在滤膜上沉积后清洁困难，不能湿式操作，容易造成可吸入颗粒物扩散。触媒净化技术利用紫外线照射二氧化钛等超细微粒子，利用光化学反应产生的强活性羟基自由基和活性氧，对空气中的污染进行连续的降解反应，从而达到净化空气的目的，但是该技术不能吸收空气中细微颗粒物，且当细微颗粒物浓度较高时，会降低催化剂的活性。静电吸附技术主要利用高压电晕放电，使产生的大批的自由电子在迁移过程中与细微颗粒物进行碰到带电，然后在后置电极板的电场力作用下完成对细微颗粒物的脱除。该方法为传统的静电除尘技术，但是对PM2.5的脱除效果极其有限，对室内其他类型污染物脱除效果也很差。静电细水雾空气净化技术主要采用静电雾化的方式产生微米级的细水雾，使其与污染物充分混合，脱除其中的细微颗粒物并实现甲醛等有害气体的脱除，并能在高压电晕的作用下产生大量的负离子，使空气质量进一步得到有效提高，但无法脱除VOCs。
中国发明专利（申请号：2012103929294），一种静电雾化室内空气的净化装置与方法，本发明采用静电除尘净化与静电雾化水洗净化相结合的方法。空气首先经过过滤网和高压电晕形成的强电场区，有害气体被电场分解，然后通过由静电雾化形成的荷电水雾区，进一步溶解有害气体，吸附尘粒，再经光触媒滤网得到深度净化，结合负离子发生和气流引导，到达室内空气循环高效净化的目的。该方法显然无法有效脱除VOCs。
由以上技术方法实现的装置数目较多，在室内空气净化领域等方面取得了长足的进步，但是限于各种技术方法的局限性，必须提供一种能够有效脱除室内VOCs的方法，实现室内有机物的降解和有效脱除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置及方法，通过高压脉冲介质阻挡放电，在放电室内形成高压放电区，形成高能电子、自由羟基和臭氧等活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，以达到降解污染物的目的，并能有效杀灭空气中细菌；通过静电雾化稳定锥射模式产生的带有高度活性碱性微米级雾滴，来吸收有机气体和中和氧化与分解的酸性气体，从而实现室内VOCs脱除的目的。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，包括进气口，还包括高压放电室、高压脉冲介质阻挡放电装置、碱性雾化区和系统动力引风机，所述高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室内形成高压放电区，所述高压脉冲介质阻挡放电装置包括高压脉冲静电发生器、高压电极板、绝缘介质体、金属丝网和接地电极，所述高压脉冲静电发生器与高压电极板相连接，所述绝缘体设置于高压电极板与高压放电室之间，所述金属丝网与接地电极相连接；所述碱性雾化区包括阵列式毛细管雾化喷嘴、高压静电发生器和碱性液体供给箱，所述阵列式毛细管雾化喷嘴与高压静电发生器相连接，所述碱性液体供给箱下方设有液体收集箱；所述高压放电室内设有隔板。作为进一步的改进，所述隔板为纵向交叉设置，其一端接触高压电极板，另一端接触金属丝网，外部形成封闭，将放电区包围。
作为进一步的改进，所述高压脉冲介质阻挡放电装置和碱性雾化区之间设有绝缘隔断装置。
作为进一步的改进，所述碱性雾化区和系统动力引风机之间设有除雾网。
作为一种优选，所述阵列式毛细管雾化喷嘴为7×7阵列式，每个毛细管雾化喷嘴为内径小于1.0mm的不锈钢针管。
作为一种优选，所述液体收集箱设置为可拆卸。
一种采用高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs装置进行脱除VOCs的方法，通过系统动力引风机将含有VOCs及细菌的室内空气通过进气口吸入高压放电室内，通过高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室内形成高压放电区，形成高能电子、自由羟基、臭氧及活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，并杀灭空气中细菌；经过高压脉冲介质阻挡放电装置处理的气体进入碱性雾化区，阵列式毛细管雾化喷嘴在高压静电发生器的作用下产生稳定的锥射流雾化，形成的微米级的碱性雾化液滴吸收有机废气以及中和酸性气体，吸收或中和后的雾化液滴落入液体收集箱进行收集，防止二次污染，经过净化的空气通过除雾网后，最终通过系统动力引风机排出。
作为一种优选，所述碱性雾化区用的碱性液体为质量分数不超过2%的碳酸氢钠水溶液。
本发明整个装置除空气的进出口外为一封闭结构。
本发明的有益效果是:
1、在高压静电脉冲区能形成高能电子、自由羟基和臭氧等活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，以达到降解污染物的目的，并能有效杀灭空气中细菌。
2、在静电雾化区产生的碱性雾化液滴能吸收有机废气和中和酸性气体，从而实现室内VOCs脱除的目的。
3、在高压脉冲区形成的臭氧等活性粒子具有强氧化性，生成的酸性气体物质能迅速被碱性液体中和，避免产生二次污染。
4、阵列式毛细管喷嘴在特定的流量（流量q在一定的范围内）与电压（电场强度E在一定的范围内）下能够形成稳定的锥射流模式，产生微米级雾滴，既能够降低液体使用量，又能够产生带电雾滴，比普通雾滴更容易吸收废气中的有机物和酸性气体。
5、该装置工艺流程简单、运行费用低。采用的液体收集箱方便清理。装置无需预热，可以即时开启与关闭。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1高压放电室的俯视示意图。
图3为本发明实施例1阵列式毛细管雾化喷嘴结构示意图。
附图中：1. 高压脉冲静电发生器；2. 高压电极板；3. 绝缘介质体；4. 高压放电室；5. 进气口；6. 金属丝网；7. 接地电极；8. 阵列式毛细管雾化喷嘴；9. 液体收集箱；10. 正高压静电发生器；11. 系统动力引风机；12除雾网；13. 碱性液体供给箱；14. 绝缘隔断装置；15. 隔板。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
具体实施方式
实施例1：结合附图1、2、3所示，一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，包括进气口5，还包括高压放电室4、高压脉冲介质阻挡放电装置、碱性雾化区和系统动力引风机11，所述高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室4内形成高压放电区，所述高压脉冲介质阻挡放电装置包括高压脉冲静电发生器1、高压电极板2、绝缘介质体3、金属丝网6和接地电极7，所述高压脉冲静电发生器1通过具有绝缘外皮的导线与高压电极板2相连接，高压电极板2为平板型电极；所述绝缘体3设置于高压电极板2与高压放电室4之间，所述金属丝网6与接地电极7相连接，接地电极7为零电位，金属丝网6底部可以接触液体收集箱9内的液体，或者不接触，但其顶部与高压电极板2具有一定的距离，保证能够形成较强的电场强度，氧化效率；所述碱性雾化区包括阵列式毛细管雾化喷嘴8、高压静电发生器10和碱性液体供给箱13，碱性液体供给箱13内装有碱性溶液，溶液为质量分数浓度不超过2%的碳酸氢钠水溶液；所述阵列式毛细管雾化喷嘴8与高压静电发生器10相连接，所述阵列式毛细管雾化喷嘴8为7×7阵列式，每个毛细管雾化喷嘴为内径小于1.0mm的不锈钢针管；所述碱性液体供给箱13下方设有液体收集箱9；所述高压放电室4内设有隔板15，所述隔板15为纵向交叉设置，其一端接触高压电极板4，另一端接触金属丝网6，外部形成封闭，将放电区包围。所述高压脉冲介质阻挡放电装置和碱性雾化区之间设有绝缘隔断装置14，避免在静电脉冲介质阻挡放电区产生的电场对静电锥射流雾化脱除区产生影响。所述碱性雾化区和系统动力引风机11之间设有除雾网12。所述液体收集箱9设置为可拆卸。
实施例2：一种采用高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs装置进行脱除VOCs的方法，通过系统动力引风机11将含有VOCs及细菌的室内空气通过进气口5吸入高压放电室4内，通过高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室4内形成高压放电区，形成高能电子、自由羟基、臭氧及活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，并杀灭空气中细菌；经过高压脉冲介质阻挡放电装置处理的气体进入碱性雾化区，所述碱性雾化区用的碱性液体为质量分数不超过2%的碳酸氢钠水溶液，阵列式毛细管雾化喷嘴8在高压静电发生器10的作用下，通过调节流量q和电压U使其在特定的范围内，在此流量和电压范围内静电雾化可以产生稳定锥射流雾化，形成的微米级的碱性雾化液滴吸收有机废气以及中和酸性气体，阵列式毛细管雾化喷嘴8的供液量不宜过大，每个毛细管液体的流量小于q o，避免液体的浪费与液体供给装置容积过大。q 0的数值与液体参数紧密相关。阵列式毛细管雾化喷嘴8底端与液体收集箱的距离应小于L 0，高压静电发生器10荷电电压控制在特定的电压范围之间，以保证在毛细管末端形成足够的场强E，以能够形成稳定的锥射流模式，保证雾滴具有较小的尺度，其粒度分布为微米级（其平均粒径控制在20微米以内）。吸收或中和后的雾化液滴落入液体收集箱9进行收集，液滴收集箱9内的液体能够蒸发，保证室内空气具有一定的湿度，起到了增湿的作用，特别是在冬季封闭的室内具有良好的增湿杀菌与净化作用。液体收集箱9被设置为可拆卸装置，可以定期清洗吸收的物质，防止二次污染；经过净化的空气通过除雾网12后，最终通过系统动力引风机11排出。引风机11为动力极小的风机，内部气体的流速控制在0.5m/s以下，已保证高压放电区的电离和氧化效果，同时放置雾化区内雾滴粒子不能被携带出风机。

Claims (8)

1.一种高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，包括进气口（5），其特征在于：还包括高压放电室（4）、高压脉冲介质阻挡放电装置、碱性雾化区和系统动力引风机（11），所述高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室（4）内形成高压放电区，所述高压脉冲介质阻挡放电装置包括高压脉冲静电发生器（1）、高压电极板（2）、绝缘介质体（3）、金属丝网（6）和接地电极（7），所述高压脉冲静电发生器（1）与高压电极板（2）相连接，所述绝缘体(3)设置于高压电极板(2)与高压放电室（4）之间，所述金属丝网（6）与接地电极（7）相连接；所述碱性雾化区包括阵列式毛细管雾化喷嘴（8）、高压静电发生器（10）和碱性液体供给箱（13），所述阵列式毛细管雾化喷嘴（8）与高压静电发生器（10）相连接，所述碱性液体供给箱（13）下方设有液体收集箱（9）；所述高压放电室（4）内设有隔板（15）。
2.如权利要求1所述的高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，其特征在于：所述隔板（15）为纵向交叉设置，其一端接触高压电极板（4），另一端接触金属丝网（6），外部形成封闭，将放电区包围。
3.如权利要求1所述的高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，其特征在于：所述高压脉冲介质阻挡放电装置和碱性雾化区之间设有绝缘隔断装置（14）。
4.如权利要求1所述的高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，其特征在于：所述碱性雾化区和系统动力引风机（11）之间设有除雾网（12）。
5.如权利要求1所述的高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，其特征在于：所述阵列式毛细管雾化喷嘴（8）为7×7阵列式，每个毛细管雾化喷嘴为内径小于1.0mm的不锈钢针管。
6.如权利要求1所述的高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs的装置，其特征在于：所述液体收集箱（9）设置为可拆卸。
7.一种采用高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs装置进行脱除VOCs的方法，其特征在于：通过系统动力引风机（11）将含有VOCs及细菌的室内空气通过进气口（5）吸入高压放电室（4）内，通过高压脉冲介质阻挡放电装置在放电室（4）内形成高压放电区，形成高能电子、自由羟基、臭氧及活性离子对VOCs气相分子进行充分氧化与分解，并杀灭空气中细菌；经过高压脉冲介质阻挡放电装置处理的气体进入碱性雾化区，阵列式毛细管雾化喷嘴（8）在高压静电发生器（10）的作用下产生稳定的锥射流雾化，形成的微米级的碱性雾化液滴吸收有机废气以及中和酸性气体，吸收或中和后的雾化液滴落入液体收集箱（9）进行收集，防止二次污染，经过净化的空气通过除雾网（12）后，最终通过系统动力引风机（11）排出。
8.如权利要求7所述的采用高压脉冲介质阻挡放电结合静电微射流雾化脱除VOCs装置进行脱除VOCs的方法，其特征在于：所述碱性雾化区用的碱性液体为质量分数不超过2%的碳酸氢钠水溶液。
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