CN109966914B - 一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置及其操作方法，包括：气流循环装置和反应腔；反应腔为双通道螺旋结构，包括：绝缘外壳、管状上电极、阻挡介质层、丝状地电极和分子筛。本发明通过气流循环装置将待处理气体吸入反应腔的内通道；通过管状上电极、阻挡介质层和丝状地电极产生等离子，通过分子筛上承载的催化剂对气体中的甲醛进行处理；通过余热作用在外通道内进行气体的二次处理；通过改性活性炭对气体进行再一次的吸附处理，完成甲醛处理操作。本发明的甲醛过滤处理装置，反应腔中采用螺旋式通道和分子筛，能够增加甲醛与分子筛和催化剂的接触面积和接触时长，从而可提高甲醛的处理效率和处理效果。
Description
技术领域
本发明属于甲醛过滤处理技术领域，特别涉及一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置及其操作方法。
背景技术
日常生活中，甲醛对人类尤其是婴儿和青少年的危害日益凸显；例如，家居环境中人造板材、粘合剂、油漆和家具等材料中会缓慢释放甲醛并成为长期污染源危害人体健康。甲醛的处理已经成为保护人类健康发展的重大课题。
目前，市面上投入生产的甲醛处理装置主要由活性炭吸附、光触媒材料催化、负离子和等离子体几大类。相对来说，吸附技术易于饱和，性能下降快，吸附后的甲醛还需进一步的处理；光触媒材料催化效率较低，且会产生其他有害的中间产物；负离子技术中存在亟待解决的技术性问题，不易控制；当前采用等离子体技术的装置的功能相对较为单一，处理效率和装置尺寸存在冲突。
综上，亟需一种新型的甲醛过滤处理装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的甲醛过滤处理装置，反应腔中采用螺旋式通道和分子筛，能够增加甲醛与分子筛和催化剂的接触面积和接触时长，从而可提高甲醛的处理效率和处理效果。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，包括：气流循环装置和反应腔；气流循环装置包括第一输气管道和吸气装置；第一输气管道的进气口与待处理气体相连通，第一输气管道内设置有吸气装置，吸气装置用于将待处理气体吸入第一输气管道；反应腔为双通道螺旋结构，包括：绝缘外壳、管状上电极、阻挡介质层、丝状地电极和分子筛；绝缘外壳内设置有管状上电极，管状上电极的内壁设置有阻挡介质层，阻挡介质层内设置有丝状地电极和分子筛；丝状地电极用于与管状上电极和阻挡介质层构成低温等离子体发生装置，分子筛用于承载甲醛催化剂并提供反应场所；其中，绝缘外壳的内壁与管状上电极的外壁之间的区域为外通道，阻挡介质层的内壁内的区域为内通道；外通道与内通道相连通，且均为螺旋状结构；外通道的出气口用于输出处理后的气体，内通道的进气口与第一输气管道的出气口相连通。
本发明的进一步改进在于，具体的：绝缘外壳为一端敞口一端封闭的管状结构；绝缘外壳内设置有两端均敞口的管状上电极；绝缘外壳的敞口端作为反应腔的出气口；管状上电极的一端作为反应腔的进气口，另一端靠近绝缘外壳的封闭端，用于与绝缘外壳相连通；反应腔的出气口用于输出处理后的气体，反应腔的进气口与第一输气管道的出气口相连通。
本发明的进一步改进在于，还包括：第二输气管道，第二输气管道的进气口与反应腔的出气口相连通，第二输气管道的出气口与外界相连通；第二输气管道内设置有改性活性炭，改性活性炭用于吸附气体中残留甲醛。
本发明的进一步改进在于，还包括：壳体，壳体由聚丙烯材料或聚酯材料制成；反应腔设置于壳体内。
本发明的进一步改进在于，分子筛为蛛网式骨架。
本发明的进一步改进在于，分子筛承载的催化剂为Ag/MnOx-CeO2。
本发明的进一步改进在于，还包括：改性活性炭；所述改性活性炭设置于第一输气管道或外通道内。
本发明的进一步改进在于，吸气装置包括：风扇和电源模块；风扇设置于第一输气管道内；所述电源模块用于为所述风扇供电。
本发明的进一步改进在于，管状上电极和丝状地电极的材质为铜、铝、不锈钢或镍铬合金；绝缘外壳材料为有机玻璃，介质阻挡层为陶瓷管。
本发明的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，通过气流循环装置将待处理气体吸入反应腔的内通道；
步骤2，在反应腔的内通道内，通过管状上电极、阻挡介质层和丝状地电极产生等离子，通过分子筛上承载的催化剂对气体中的甲醛进行处理；
步骤3，步骤2处理后的气体进入外通道，通过余热作用在外通道内进行气体的二次处理；
步骤4，外通道的出气口连通的输气管道内设置有改性活性炭，通过改性活性炭对步骤3处理后的气体进行再一次的吸附处理，完成甲醛处理操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的甲醛过滤处理装置，对分子筛结构进行改进设计，采用了螺旋式分子筛，可增加甲醛与分子筛和催化剂的接触面积和接触时长，可在缩减装置尺寸的情况下保持较高的甲醛脱除率，提高处理效率的同时也可保证处理效果；同时利用等离子体的余热效应使催化剂在合适的温度下催化，活性较高。另外，等离子体技术针对甲醛气体具有高效性处理，但目前等离子体技术方案设计主要停留在实验室阶段，本发明的装置为可用于日常处理空气中甲醛污染的低温介质阻挡放电等离子体装置，可为等离子体的家用化提供新思路。本发明采用的低温等离子体发生管，能适应广泛的作业环境，在大气压、常温下就能正常工作，并且产生均匀、稳定的等离子体，适用范围广。
进一步地，本发明的通道内设置有改性活性炭和催化剂，采用物理吸附与化学作用相结合的处理方法，相较于传统的吸附材料，能够大大提高甲醛的处理效率和处理效果。
进一步地，本发明采用了化学改良催化剂Ag/MnOx-CeO2和改性活性炭，可提高催化效率和吸附效果，在同样空气流速下能够进一步提升甲醛的处理效果和效率。采用的催化剂性能稳定，且更换周期长，经济性高；可通过更换催化剂处理不同种类的废气，达到一机多用的目的。
进一步地，在等离子体发生器工作时，会产生一定的热量，在绝缘外壳和上电极间外通道形成一个余热层，在经过等离子体和催化剂协同处理后的废气经过外通道时，能在热场的作用下和被气流带出的等离子体及催化剂继续反应，进一步提高催化效果，并利用了余热，节省能源。
进一步地，分子筛采用蛛网式结构，通过该设计可增加反应腔内部催化剂载体长度和反应面积，可进一步增强催化效果。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置的主视结构示意图；
图3是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置中等离子体发生装置双螺旋通道的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置中等离子体发生装置的双螺旋腔体结构剖视示意图；
图5是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置中蛛网式骨架的结构示意图；
图6是本发明实施例的一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置的工作流程示意图；
图7是本发明反应腔的内外通道连接部分示意图；
图8是本发明反应腔的进出气口及内部骨架示意图；
图1至图6中，1为机箱外壳，2为机箱底座，3为气流循环装置，4为排气口，5为电源模块，6为反应腔，7为内外通道连接尾端，8为绝缘外壳，9为管状上电极，10为阻挡介质层，11为蛛网式骨架，12为丝状地电极，13为内通道，14为外通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1至图4，本发明实施例的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，包括：机箱外壳1、气流循环装置3和反应腔6。
机箱外壳1的底部设置有机箱底座2。机箱外壳1可以由聚丙烯材料或聚酯材料制成；这两种材料具有绝缘的性能，且质量较轻，成本较低。
气流循环装置3和反应腔6集成于机箱外壳1内。
气流循环装置3包括第一输气管道和吸气装置；第一输气管道的进气口与待处理气体相连通，第一输气管道内设置有吸气装置，吸气装置用于将待处理气体吸入第一输气管道；第一输气管道的排气口4用于与反应腔6的内通道13相连通。吸气装置包括：风扇和电源模块5；风扇设置于第一输气管道内；电源模块5用于为所述风扇供电。
反应腔6为双通道螺旋结构，包括：绝缘外壳8、管状上电极9、阻挡介质层10、丝状地电极12和分子筛。反映腔内，多部分联合构成催化层、气流内外通道14和等离子体发生层。反应腔6的绝缘外壳8起绝缘防护和支撑的作用。绝缘外壳8内设置有管状上电极9，管状上电极9的内壁上粘贴有阻挡介质层10，阻挡介质层10内设置有丝状地电极12和分子筛；丝状地电极12用于与管状上电极9和阻挡介质层10构成低温等离子体发生装置，分子筛用于承载甲醛催化剂并提供反应场所。绝缘外壳8的内壁与管状上电极9的外壁之间的区域为外通道14；阻挡介质层10为陶瓷管，陶瓷管内的区域为内通道13。外通道14与内通道13相连通，且均为螺旋状结构；外通道14的出气口用于输出处理后的气体，内通道13的进气口与第一输气管道的出气口相连通；具体可以是：绝缘外壳8为一端敞口一端封闭的管状结构，绝缘外壳8的封闭端为内外通道连接尾端7。绝缘外壳8内设置有两端均敞口的管状上电极9；绝缘外壳8的敞口端作为反应腔6的出气口；管状上电极9的一端作为反应腔6的进气口，另一端靠近绝缘外壳8的封闭端，用于与绝缘外壳8相连通；反应腔6的出气口与第二输气管道的进气口相连通，第二输气管道的出气口与外界相连通，用于输出处理后的气体；第二输气管道内设置有改性活性炭，改性活性炭用于吸附气体中残留甲醛。反应腔6的进气口与第一输气管道的出气口相连通。具体的，管状上电极9和丝状地电极12的材质为铜、铝、不锈钢或镍铬合金；绝缘外壳8材料为有机玻璃，介质阻挡层为内径10mm、厚2mm的陶瓷管。使用时，陶瓷管轴心设置有直径为2mm的镍铬合金丝作为放电电极，脉冲高压加在电极线上。
请参阅图5，其中，分子筛为蛛网式骨架11结构，具体为：采用合成沸石作为基础材料，因其上有规整而均匀的孔隙，孔径为分子大小的量级，可以提供更大的反应场所。将合成沸石粉末加工成具有蛛网式形状的骨架，并连接成链，提供气隙通道的时候不影响等离子体发生器的工作。
分子筛承载的催化剂为Ag/MnOx-CeO2；采用的催化剂性能稳定，且更换周期长，经济性高。改性活性炭也可设置于第一输气管道或外通道内，用于气体中甲醛的吸附处理。本发明实施例中，采用分子筛吸附、催化剂Ag/MnOx-CeO2催化和低温等离子体协同促进相结合的工作方式，为节省空间，使等离子体净化装置占地面积小，灵活易移动，对其内部等离子体发生装置进行双螺旋设计，使其具有处理甲醛高效、节能无污染、室内噪声低等优点。本发明为等离子体技术的家用化，小型化，工厂化提供了一种新思路。
请参阅图7和图8，图7是本发明反应腔的内外通道连接部分示意图。图8是本发明反应腔的进出气口及内部骨架示意图；图7和图8为一种本发明实施例中的反应腔的三维示意图，这两幅图只用作示意性解释说明，不用于限定，将这两幅图删除后，完全不影响本发明的技术方案的表述。
综上，本发明实施例的装置为一种用于日常家居的低温等离子体处理甲醛的装置，与其他处理甲醛方式对比，其具有效率高，噪声小，便于安装，体积小的优点。该装置外观设计为便携式的立方体结构，该类装置主要针对需要处理某区域的甲醛，其可以灵活移动。
本发明的装置内部设计的等离子体发生器外壳为双层螺旋式结构，为了避免较高的电压等级，并且保证净化效果，本发明的装置采取较低的脉冲电压；在一定的等离子体密度下，加长反应腔同时节省体积，这种设计可保证在一定的进气速率下，等效加大反应的时间，能够使得污染物的处理更加充分。本发明的装置可小型化，可用于日常处理空气中甲醛污染的低温介质阻挡放电等离子体装置，可解决室内甲醛污染。另外，目前等离子体技术处于实验室阶段，本发明的装置将等离子体技术从实验室阶段应用到小型家庭应用阶段，可为等离子体的家用化提供新思路。
本发明的装置的工作流程：
污染空气先进入内层等离子体发生腔体在低温等离子体和催化剂的协同作用下受到处理，所处理的尾气流通管道的末尾进入管道外层，在余热的作用下进行二次处理，处理内层管道尾气中未处理干净的甲醛以及催化剂和等离子体产生的少量有害物质，最后尾气再流经有改性活性炭的吸附塞，进一步过滤后排放至大气。
本发明的工作原理：
本发明的装置内部的双螺旋结构通道中，内通道为等离子体的发生装置，在其内层进行介质阻挡放电，产生的低温等离子体和分布在内层空腔内部骨架上的催化剂Ag/MnOx-CeO2协同处理污染的空气，其中催化剂分布在如图5所示的骨架上。双螺旋结构通道的外层结构与内层空气流通弯管的尾端即与等离子体的发生装置的尾端相连接，如图3中部位7所示。该催化剂也可以催化分解由第一次等离子体处理的空气中有害物质。为保证催化效率，采用具有分子筛结构的合成沸石作为催化剂Ag/MnOx-CeO2的载体，同时用活性炭进行辅助吸附，使催化效率更高，而双螺旋通道不仅可以节省体积，并且内层的等离子体放电会产生余热，利用余热效应使双螺旋通道的外腔内达到适宜的温度，提供二次处理的能量。为保证双螺旋通道内空气的流畅性，使空气能顺利进行处理，在该装置的双螺旋通道结构中设计循环装置，如图3中部位3所示，其中填充适量改性活性炭，可对空气进行抽滤，提高空气流畅性，即可保证气体的流通速率，提高速率。
请参阅图6，本发明实施例的一种含甲醛气体的处理方法，基于本发明上述的装置，具体包括：
S1，首先由气流循环装置驱动含甲醛气体由进气口进入反应腔。
S2，第一次处理位置位于骨架所支撑起的内通道中，通过上电极、阻挡介质和地电极所产生的等离子腔体，在骨架上催化剂的协同作用下，甲醛气体被首次处理。
S3，等离子体工作条件下，会产生余热，而余热使得催化剂材料在适宜的温度，活性高，提高处理速度。本步骤中，气体流经内外通道尾部连接端进入外通道，在绝缘外壳和上电极之间的外通道，由余热的作用进行二次处理。
S4，最后在装置的出气口处由改性活性炭进行再一次的吸收处理后，排到大气中，完成一次甲醛处理。
综上所述，本发明公开一种基于等离子体的甲醛过滤处理装置，其体积小、便于安装和携带、处理效率高、适用范围广的新型甲醛处理装置。本发明的装置在设计上应用空气动力学和结构力学的原理，能够保证气流最大效率的收集并且保证与催化剂的最大面积接触，提高催化的效率；此外，还具有余热回收装置对热量进行回收并用于二次处理过程。本发明装置具有良好的经济效益和环保效益，节能减排效果显著，有助于甲醛处理技术的进一步推广和应用。本发明的处理方法，可实现气体中甲醛的高效快速处理，且处理效果较好。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，包括：气流循环装置(3)和反应腔(6)；
气流循环装置(3)包括第一输气管道和吸气装置；第一输气管道的进气口与待处理气体相连通，第一输气管道内设置有吸气装置，吸气装置用于将待处理气体吸入第一输气管道；
反应腔(6)为双通道螺旋结构，包括：绝缘外壳(8)、管状上电极(9)、阻挡介质层(10)、丝状地电极(12)和分子筛；绝缘外壳(8)内设置有管状上电极(9)，管状上电极(9)的内壁设置有阻挡介质层(10)，阻挡介质层(10)内设置有丝状地电极(12)和分子筛；丝状地电极(12)用于与管状上电极(9)和阻挡介质层(10)构成低温等离子体发生装置，分子筛用于承载处理甲醛的催化剂并提供反应场所；
其中，绝缘外壳(8)的内壁与管状上电极(9)的外壁之间的区域为外通道(14)，阻挡介质层(10)的内壁内的区域为内通道(13)；外通道(14)与内通道(13)相连通，且均为螺旋状结构；外通道(14)的出气口用于输出处理甲醛后的气体，内通道(13)的进气口与第一输气管道的出气口相连通，用于输入待处理气体；
绝缘外壳(8)为一端敞口一端封闭的管状结构；绝缘外壳(8)内设置有两端均敞口的管状上电极(9)；绝缘外壳(8)的敞口端作为反应腔(6)的出气口；管状上电极(9)的一端作为反应腔(6)的进气口，另一端靠近绝缘外壳(8)的封闭端，用于与绝缘外壳(8)相连通；反应腔(6)的出气口用于输出处理后的气体，反应腔(6)的进气口与第一输气管道的出气口相连通；
还包括：第二输气管道，第二输气管道的进气口与反应腔(6)的出气口相连通，第二输气管道的出气口与外界相连通；第二输气管道内设置有改性活性炭，改性活性炭用于吸附气体中残留甲醛。
2.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，还包括：
壳体，壳体由聚丙烯材料或聚酯材料制成；反应腔(6)设置于壳体内。
3.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，分子筛为蛛网式骨架(11)。
4.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，分子筛承载的催化剂为Ag/MnOx-CeO2。
5.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，还包括：改性活性炭；
所述改性活性炭设置于第一输气管道或外通道(14)内。
6.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，吸气装置包括：风扇和电源模块(5)；
风扇设置于第一输气管道内；所述电源模块(5)用于为所述风扇供电。
7.根据权利要求1所述的一种基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置，其特征在于，管状上电极(9)和丝状地电极(12)的材质为铜、铝、不锈钢或镍铬合金；
绝缘外壳(8)材料为有机玻璃，介质阻挡层为陶瓷管。
8.一种权利要求1所述的基于低温等离子体的甲醛过滤处理装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过气流循环装置(3)将待处理气体吸入反应腔(6)的内通道(13)；
步骤2，在反应腔(6)的内通道(13)内，通过管状上电极(9)、阻挡介质层(10)和丝状地电极(12)产生等离子，通过分子筛上承载的催化剂对气体中的甲醛进行处理；
步骤3，步骤2处理后的气体进入外通道(14)，通过余热作用在外通道(14)内进行气体的二次处理；
步骤4，外通道(14)的出气口连通的输气管道内设置有改性活性炭，通过改性活性炭对步骤3处理后的气体进行再一次的吸附处理，完成甲醛处理操作。
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