CN108672089A - 一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，包括正极(1)以及与其配合使用的负极(2)；其中，负极(2)与正极(1)之间留有间距，负极(2)周向上朝向正极(1)的一侧设置有若干负极放电刺(3)，正极(1)包括正极非金属层(1‑2)以及覆盖在正极非金属层(1‑2)外侧的正极石墨烯层(1‑1)，负极(2)包括负极非金属层(2‑2)以及覆盖在负极非金属层(2‑2)外侧的负极石墨烯层(2‑1)，每个负极放电刺(3)均包括负极放电刺非金属层(3‑2)以及覆盖在负极放电刺非金属层(3‑2)外侧的负极放电刺石墨烯层(3‑1)。本发明提供的基于石墨烯的湿式电除尘器极板，具有无腐蚀、成本低、重量轻、除尘效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于静电除尘器的装置，尤其涉及一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，尤其适用于燃煤电站排烟的烟尘脱除装置。
背景技术
湿式电除尘器和与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达到集尘极(正极)。干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰，而湿式电除尘器则采用定期冲洗的方式，使粉尘随着冲刷液的流动而清除。湿式电除尘器则是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，采用水清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。
由于没有振打装置，湿式电除尘器避免了干式电除尘器的二次扬尘问题，但主要存在以下缺点：①由于液体的表面张力作用及收尘极板表面不会绝对平滑(存在凹凸)，使得自集尘极上部流下的水流不能均匀分布在极板上，集尘极上容易形成局部干燥区，产生局部电阻，导致反电晕的产生，破坏了电场的稳定；②集尘极存在腐蚀问题，采取防腐措施导致了较高的投资成本。
石墨烯是世上最薄最坚硬的纳米材料，且只吸收2.3％的光，透明度极高。其导热系数高达5300W m-1K-1，高于碳纳米管和金刚石。另一方面，石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm2V-1s-1，比纳米碳管或硅晶体高；而其电阻率只约10～6Ωcm，比铜或银低，为世上电阻率最小的材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种无腐蚀、成本低、重量轻、除尘效率高的基于石墨烯的湿式电除尘器极板。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，包括正极以及与其配合使用的负极；其中，
负极与正极之间留有间距，负极周向上朝向正极的一侧设置有若干负极放电刺，正极包括正极非金属层以及覆盖在正极非金属层外侧的正极石墨烯层，负极包括负极非金属层以及覆盖在负极非金属层外侧的负极石墨烯层，每个负极放电刺均包括负极放电刺非金属层以及覆盖在负极放电刺非金属层外侧的负极放电刺石墨烯层。
本发明进一步的改进在于，正极呈平板形状或圆筒形状；负极为线状或圆柱状，负极介于平板形状正极之间或嵌套于圆筒形状正极之内。
本发明进一步的改进在于，负极放电刺非金属层与负极非金属层相连，负极放电刺石墨烯层与负极石墨烯层相连。
本发明进一步的改进在于，正极石墨烯层和负极石墨烯层的碳原子层数均为一层或一层以上。
本发明进一步的改进在于，正极石墨烯层和负极石墨烯层的厚度为0.4nm～1×106nm。
本发明进一步的改进在于，正极非金属层和负极非金属层由非金属材料合成橡胶、合成树脂或合成纤维构成。
本发明进一步的改进在于，正极与负极运行于不大于400℃的环境内。
本发明具有如下有益的技术效果：
(1)现有技术中，湿式电除尘器的正极及负极材料存在腐蚀问题，需采用防腐材料，如导性玻璃纤维、碳钢、各种不锈钢及各种高端合金等，导致了较高的投资成本，并需要定期更换。本发明中正极及负极外表面设有正极石墨烯层以及负极石墨烯层，正极石墨烯层以及负极石墨烯层的化学性质稳定，不与烟气中的酸性气体反应，无腐蚀问题。
(2)正负极石墨烯层能够避免由烟气中颗粒物冲刷造成的磨损问题。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高100倍。通过在电极表面覆盖石墨烯层，使烟气中的颗粒物无法对电极造成磨损，避免了因磨损造成的电极频繁更换。无需停机更换电极、几乎不产生折旧费用，一次投资，永久受益。
(3)正负极石墨烯层作为电极导电材料，能够提高电除尘效率。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。由于电极放电要形成发射离子，金属电极中的自由电子必须获得足够的能量，才能克服电离能而越过表面势垒成为发射电子。石墨烯材能够最大限度降低表面势垒，形成放电，提高静电除尘器电源使用效率，尤其适用高频电源。此外，现有技术中，电极材料石墨烯作为电除尘器电极，其电阻极小，电极放电过程中，发热量极低，降低静电除尘器耗电量。
(4)现有的湿式电除尘器的正极，即集尘极表面需要形成完整的水膜。由于现有材料平整度有限，导致局部水膜破裂，形成干燥表面。烟尘无法被水冲刷，长期累积，造成反电晕现象，降低除尘效率。而正极石墨烯层为纳米材料，表面平整度为纳米级，平整度高，易于形成完整的水膜。此外，纳米级材料便于附着在正极的灰尘随水膜脱落下来，避免烟尘附着过厚，导致反电晕现象的发生。
(5)由于正负极由石墨烯材料和非金属材料构成，其中石墨烯层厚度为纳米级，质量相比于非金属层可以忽略不计。且非金属层与现有技术中的金属电极相比不仅价廉，而且质轻，这样就大大降低了电除尘器的成本和重量。
附图说明
图1为本发明一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板的结构示意图。
图2为本发明应用于湿式电除尘器负极的结构示意图。
图3为本发明一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板的侧视示意图。
图4为一种圆柱形状的湿式电除尘极板结构示意图。
附图标记说明：1为正极，1-1为正极石墨烯层，1-2为正极非金属层，2为负极，2-1为负极石墨烯层，2-2为负极非金属层，3为负极放电刺，3-1为负极放电刺石墨烯层，3-2为负极放电刺非金属层。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1、图2，本发明提供的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，该装置包括正极1、负极2及负极放电刺3，所述的正极1包括正极非金属层1-2和正极石墨烯层1-1；所述的负极2包括负极非金属层2-2和负极石墨烯层2-1；负极放电刺3包括负极放电刺非金属层3-2和负极放电刺石墨烯层3-1。
所述的正极1为平板形状；所述负极2为线状，负极2表面设有负极放电刺3，所述负极2介于平板形状正极1之间；所述的正极石墨烯层1-1覆盖于正极非金属层1-2表面；所述的负极石墨烯层2-1覆盖于负极非金属层2-2表面；所述的负极2与正极1有间距。所述的负极放电刺石墨烯层3-1覆盖于负极放电刺非金属层3-2表面；所述的负极放电刺非金属层3-2与负极非金属层2-2相连，所述的负极放电刺石墨烯层3-1与负极石墨烯层2-1相连；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1的碳原子层数为一层；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1厚度为0.5×106nm。所述的正极1、负极2应运行于350℃的环境内。所述的正极非金属层1-2、负极非金属层2-2及负极放电刺非金属层3-2由合成橡胶构成。
参见图2、图3，本发明提供的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，该装置包括正极1、负极2及负极放电刺3，所述的正极1包括正极非金属层1-2和正极石墨烯层1-1；所述的负极2包括负极非金属层2-2、负极石墨烯层2-1；负极放电刺3包括负极放电刺非金属层3-2、负极放电刺石墨烯层3-1。
所述的正极1为平板形状；所述负极2为线状，负极2表面设有负极放电刺3，所述负极2介于平板形状正极1之间；所述的正极石墨烯层1-1覆盖于正极非金属层1-2表面；所述的负极石墨烯层2-1覆盖于负极非金属层2-2表面；所述的负极2与正极1有间距。所述的负极放电刺石墨烯层3-1覆盖于负极放电刺非金属层3-2表面；所述的负极放电刺非金属层3-2与负极非金属层2-2相连，所述的负极放电刺石墨烯层3-1与负极石墨烯层2-1相连；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1的碳原子层数为十层；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1厚度为4×106nm。所述的正极1、负极2应运行于380℃的环境内。所述的正极非金属层1-2、负极非金属层2-2及负极放电刺非金属层3-2由合成树脂构成。
参见图4，本发明提供的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，该装置包括正极非金属层1-2、正极石墨烯层1-1、负极非金属层2-2、负极石墨烯层2-1、负极放电刺非金属层3-2及负极放电刺石墨烯层3-1；
所述的正极为圆筒形状；所述负极为圆柱状，负极表面设有负极放电刺，所述负极介于圆筒形状正极之间；所述的正极石墨烯层1-1覆盖于正极非金属层1-2表面；所述的负极石墨烯层2-1覆盖于负极非金属层2-2表面；所述的负极2与正极1有间距。所述的负极放电刺石墨烯层3-1覆盖于负极放电刺非金属层3-2表面；所述的负极放电刺非金属层3-2与负极非金属层2-2相连，所述的负极放电刺石墨烯层3-1与负极石墨烯层2-1相连；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1的碳原子层数为十层；所述的负极石墨烯层2-1及正极石墨烯层1-1厚度为4×106nm。所述的正极1、负极2应运行于300℃的环境内。所述的正极非金属层1-2、负极非金属层2-2及负极放电刺非金属层3-2由合成纤维构成。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。
Claims (7)
1.一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，包括正极(1)以及与其配合使用的负极(2)；其中，
负极(2)与正极(1)之间留有间距，负极(2)周向上朝向正极(1)的一侧设置有若干负极放电刺(3)，正极(1)包括正极非金属层(1-2)以及覆盖在正极非金属层(1-2)外侧的正极石墨烯层(1-1)，负极(2)包括负极非金属层(2-2)以及覆盖在负极非金属层(2-2)外侧的负极石墨烯层(2-1)，每个负极放电刺(3)均包括负极放电刺非金属层(3-2)以及覆盖在负极放电刺非金属层(3-2)外侧的负极放电刺石墨烯层(3-1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，正极(1)呈平板形状或圆筒形状；负极(2)为线状或圆柱状，负极(2)介于平板形状正极之间或嵌套于圆筒形状正极之内。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，负极放电刺非金属层(3-2)与负极非金属层(2-2)相连，负极放电刺石墨烯层(3-1)与负极石墨烯层(2-1)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，正极石墨烯层(1-1)和负极石墨烯层(2-1)的碳原子层数均为一层或一层以上。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，正极石墨烯层(1-1)和负极石墨烯层(2-1)的厚度为0.4nm～1×106nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，正极非金属层(1-2)和负极非金属层(2-2)由非金属材料合成橡胶、合成树脂或合成纤维构成。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的湿式电除尘器极板，其特征在于，正极(1)与负极(2)运行于不大于400℃的环境内。
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