CN111665327A - 一种等离子体降解性能分析系统及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子体降解性能分析系统，系统包括空气泵、转子流量计、水浴锅、鼓泡瓶、缓冲罐、示波器、强电离放电装置、高频高压电源、外接供电电源、有机气体检测仪、气相色谱仪、气质联用仪、TOC分析仪；在不加催化剂且不和其他技术耦合的前提下，通过改变放电间隙及优化电介质材料，实现强电离放电，有效提高低温等离子体的针对高浓度VOCs的处理效率，同时通过放电间隙及电介质层厚度的调节，便于用户了解针对乙酸乙酯处理过程中不同产物的降解效率从而给出对应的降解建议，从而有效完善低温等离子体技术对工业生产中典型的有机溶剂乙酸乙酯降解性能的研究。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体降解性能的技术领域，具体涉及一种等离子体降解性能分析系统及分析方法。
背景技术
现有技术中，针对工业系统中排放的大流量、低浓度的有机废气，低温等离子体技术可以突破传统处理方法在技术上以及经济可行性上的限制对有机废气实现有效处理。但同时，目前的低温等离子体技术也存在着能耗较高、难降解物质处理效率不高、容易产生副产物、只能处理浓度很低的VOCs、适用范围窄等缺陷。这是由于普通的低温等离子体技术产生的平均电子能量较低，产生的活性粒子浓度偏低，可能造成污染物的氧化不完全并且处理不了非低浓度的VOCs，并且低温等离子体技术对工业生产中典型的有机溶剂乙酸乙酯降解性能的研究并不完善。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种等离子体降解性能分析系统及分析方法。
本发明请求保护的技术方案如下：
一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述系统包括空气泵、转子流量计、水浴锅、鼓泡瓶、缓冲罐、示波器、强电离放电装置、高频高压电源、外接供电电源、有机气体检测仪、气相色谱仪、气质联用仪、TOC分析仪；其中，
所述空气泵的入口连接外部空气，所述空气泵的出口与转子流量计的入口连接；
所述转子流量计的出口包括第一气流导管与第二气流导管，其中所述第一气流导管连接所述转子流量计的出口与缓冲罐的入口，所述第二气流导管伸入装有乙酸乙酯溶液的鼓泡瓶的进气口中且位于液面以下，鼓泡瓶的旁侧出气口连接缓冲罐的入口；
所述鼓泡瓶放置于水浴锅中的恒温环境中；
所述缓冲罐的出口连接强电离放电装置的入口，强电离放电装置同时连接有高频高压电源和外接供电电源，所述示波器分别与高频高压电源和外接供电电源连接；
所述强电离放电装置的出口分别连接有机气体检测仪、气相色谱仪、气质联用仪及TOC分析仪。
进一步地，所述转子流量计中包括有第一流量计和第二流量计，所述第一流量计控制从空气泵进入第一气流导管的空气流量及流速，所述第二流量计控制从空气泵进入第二气流导管的空气流量及流速。
进一步地，所述第一气流导管与第二气流导管的外壁设置有烟气加热控制系统，所述烟气加热控制系统包括温度传感器、温度控制器和加热带，加热带以缠绕方式固定布设于第一气流导管与第二气流导管的周向外壁，温度传感器实时检测导管内部的环境温度，当导管内部的环境温度低于温度控制器内部预设的温度阈值下限值时，温度控制器通过加热带对第一气流导管与第二气流导管实现加热，当导管内部的环境温度高于温度控制器内部预设的温度阈值上限值时，温度控制器通过加热带停止对第一气流导管与第二气流导管的加热。
进一步地，所述水浴锅中的恒温环境温度保持在25℃±1℃。
进一步地，所述缓冲罐连接有烟气加热装置和水汽调节装置，当缓冲罐内部的环境温度低于预设的温度阈值下限值时，烟气加热装置对缓冲罐进行加热，当缓冲罐内部的环境温度高于预设的温度阈值上限值时，烟气加热装置对缓冲罐停止加热；当缓冲罐内部的环境湿度低于预设的湿度阈值下限值或高于预设的湿度阈值上限值时，水汽调节装置调节缓冲罐内部湿度，当缓冲罐内部的环境湿度达到预设的湿度阈值范围内时，烟气加热装置停止对缓冲罐的湿度进行调节。
进一步地，所述强电离放电装置包括等离子体发生装置、散热片、以及散热风扇，所述等离子体发生装置的矩形外壁上环绕设置有黑色散热片，在所述等离子体发生装置的一侧设置有散热风扇，所述等离子体发生装置的放电电极由烧结的金属银制成，并在其外表面上喷涂一层由致密绝缘的α-Al2O3组成的电介质层。
进一步地，所述等离子体发生装置的放电间隙能够调节。
进一步地，所述等离子体发生装置的放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度能够调节。
进一步地，所述有机气体检测仪至少包括有臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪，以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；所述TOC分析仪和气相色谱仪对反应后的产物进行定量分析；所述气相色谱仪和气质联用仪对反应的中间产物进行检测和定性分析。
进一步地，本发明提供一种乙酸乙酯降解性能分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)启动空气泵泵入空气；
2)转子流量计根据预设流量分别控制进入第一气流导管与第二气流导管的空气流量与空气流速；
3)第一气流导管中的空气经加热带加热后直接通入缓冲罐中；第二气流导管中的空气经加热带加热后持续通入放置于水浴锅中的鼓泡瓶中，鼓泡瓶中乙酸乙酯溶液在鼓泡以及空气动力的作用下加速挥发并随着空气一起进入到缓冲罐中并与空气充分持续混合以稀释乙酸乙酯含量；
4)缓冲罐中经稀释后的混合气体进入强电离放电装置中，并经在高频高压电源提供的高频高压下产生强电离放电产生的等离子体处理，通过示波器实时显示并记录高频高压电源提供的相关动力参数；
5)分别对强电离放电装置的等离子体发生装置的放电间隙以及放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度进行调节；
6)对经强电离放电装置处理后的混合气体分别采用臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；通过TOC分析仪和气相色谱仪对反应后的产物进行定量分析，通过气相色谱仪和气质联用仪对反应的中间产物进行检测和定性分析；
7)根据对应分析结果，形成相应的降解建议。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果是：
1)在不加催化剂且不和其他技术耦合的前提下，通过改变放电间隙及优化电介质材料，实现强电离放电，有效提高低温等离子体的针对高浓度VOCs的处理效率，同时通过放电间隙及电介质层厚度的调节，便于用户了解针对乙酸乙酯处理过程中不同产物的降解效率从而给出对应的降解建议，从而有效完善低温等离子体技术对工业生产中典型的有机溶剂乙酸乙酯降解性能的研究。
2)对经强电离放电装置处理后的混合气体分别采用臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；通过TOC分析仪和气相色谱仪对反应后的产物进行定量分析，通过气相色谱仪和气质联用仪对反应的中间产物进行检测和定性分析，根据对应分析结果，形成相应的降解建议，从而为今后采用低温等离子体降解乙酸乙酯提供新的指导方向。
附图说明
图1是本发明分析系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明所提供的技术方案如下：
一种等离子体降解性能分析系统，所述系统包括空气泵1、转子流量计2、水浴锅3、鼓泡瓶4、缓冲罐5、示波器6、强电离放电装置7、高频高压电源8、外接供电电源9、有机气体检测仪10、气相色谱仪11、气质联用仪12、TOC分析仪13；其中，
所述空气泵1的入口连接外部空气，所述空气泵1的出口与转子流量计2的入口连接，通过空气泵将外部空气泵入该分析系统；
所述转子流量计2的出口包括第一气流导管L1与第二气流导管L2，其中所述第一气流导管L1连接所述转子流量计2的出口与缓冲罐5的入口，所述第二气流导管L2伸入装有乙酸乙酯溶液的鼓泡瓶4的进气口中且位于液面以下，鼓泡瓶4的旁侧出气口连接缓冲罐5的入口；第一气流导管L1向缓冲罐5通入用于稀释乙酸乙酯的空气，第二气流导管L2向缓冲罐5通入在鼓泡作用下产生的乙酸乙酯气体，通过转子流量计2可以控制进入第一气流导管L1及第二气流导管L2内的空气流量和流速，从而可以有效调节混合后的气体中的乙酸乙酯浓度；
所述鼓泡瓶4放置于水浴锅3中的恒温环境中以保证鼓泡产生的稳定有效，从而保证经第二气流导管L2进入缓冲罐中的挥发出来的乙酸乙酯气体的匀速及稳定；
所述缓冲罐5的出口连接强电离放电装置7的入口，强电离放电装置7同时连接有高频高压电源8和外接供电电源9，所述示波器6分别与高频高压电源8和外接供电电源9连接，通过外接供电电源9向强电离放电装置7提供供电电压，通过高频高压电源8向强电离放电装置7提供高频高压以产生等离子体，示波器6对应显示并记录高频高压电源8和外接供电电源9提供的动力参数和波形；缓冲罐的作用是减缓气体流速，使得空气和乙酸乙酯气体充分混合，更加缓和及准确地流入到强电离放电装置7中进行进一步反应；
所述强电离放电装置7的出口分别连接有机气体检测仪10、气相色谱仪11、气质联用仪12及TOC分析仪13，从而分别对乙酸乙酯经处理后的产物进行定量和定性分析。
具体地，所述转子流量计2中包括有第一流量计2-1和第二流量计2-2，所述第一流量计2-1控制从空气泵1进入第一气流导管L1的空气流量及流速，所述第二流量计2-2控制从空气泵1进入第二气流导管L2的空气流量及流速，从而可以有效调节在缓冲罐5中经混合后的气体中的乙酸乙酯浓度。
具体地，所述第一气流导管L1与第二气流导管L2的外壁设置有烟气加热控制系统，所述烟气加热控制系统包括温度传感器、温度控制器和加热带，加热带以缠绕方式固定布设于第一气流导管L1与第二气流导管L2的周向外壁，温度传感器实时检测导管内部的环境温度，当导管内部的环境温度低于温度控制器内部预设的温度阈值下限值时，温度控制器通过加热带对第一气流导管L1与第二气流导管L2实现加热，当导管内部的环境温度高于温度控制器内部预设的温度阈值上限值时，温度控制器通过加热带停止对第一气流导管L1与第二气流导管L2的加热，从而有效保证通入的空气的温度，既有效保证鼓泡进行的均匀稳定，使得乙酸乙酯气体持续挥发并进入缓冲罐5中，又可以有效保证乙酸乙酯混合时及混合后的整体稳定。
具体地，所述水浴锅3中的恒温环境温度保持在25℃±1℃。
具体地，所述缓冲罐5连接有烟气加热装置和水汽调节装置，当缓冲罐内部的环境温度低于预设的温度阈值下限值时，烟气加热装置对缓冲罐进行加热，当缓冲罐内部的环境温度高于预设的温度阈值上限值时，烟气加热装置对缓冲罐停止加热；当缓冲罐内部的环境湿度低于预设的湿度阈值下限值或高于预设的湿度阈值上限值时，水汽调节装置调节缓冲罐内部湿度，当缓冲罐内部的环境湿度达到预设的湿度阈值范围内时，烟气加热装置停止对缓冲罐的湿度进行调节，从而分别通过烟气加热装置和水汽调节装置实现对缓冲罐5内部温度和湿度的调节。
作为优选，缓冲罐5的烟气加热装置和水汽调节装置的先于第一气流导管L1与第二气流导管L2的外壁设置的烟气加热控制系统而开启，而晚于第一气流导管L1与第二气流导管L2的外壁设置的烟气加热控制系统的关闭而关闭，这样使得即使第一气流导管L1与第二气流导管L2的外壁设置的烟气加热控制系统未开启或已关闭时，留存于第一气流导管L1与第二气流导管L2内部然后进入缓冲罐5内部的混合气体也能够在缓冲罐5的烟气加热装置和水汽调节装置的作用下实现温度和湿度的调节。
具体地，所述强电离放电装置7包括等离子体发生装置、散热片、以及散热风扇，所述等离子体发生装置的矩形外壁上环绕设置有黑色散热片，在所述等离子体发生装置的一侧设置有散热风扇，通过散热片和散热风扇的设置有效实现等离子体发生装置的内部环境散热，所述等离子体发生装置的放电电极由烧结的金属银制成，并在其外表面上喷涂一层由致密绝缘的α-Al2O3组成的电介质层。
具体地，所述等离子体发生装置的放电间隙能够调节，从而通过不同的放电间隙，便于用户了解针对乙酸乙酯处理过程中不同产物的降解效率从而给出对应的降解建议，便于用户针对相同条件的乙酸乙酯降解环境采用最有效的降解措施实现高效降解；作为优选，不同的放电间隙的调节可以在等离子体发生装置上设置对应调节装置来实现。
具体地，所述等离子体发生装置的放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度能够调节，从而通过不同的电介质层的厚度，便于用户了解针对乙酸乙酯处理过程中不同产物的降解效率从而给出对应的降解建议，便于用户针对相同条件的乙酸乙酯降解环境采用最有效的降解措施实现高效降解；作为优选，不同的电介质层的厚度调节可以通过更换不同喷涂厚度电介质层的等离子体发生装置的放电电极来实现。
作为进一步的优选，在对等离子体发生装置的放电间隙及等离子体发生装置的放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度进行调节时，可以分别对其进行单独调节以观察放电间隙和电介质层的厚度对乙酸乙酯降解效率的单独影响，也可以同时调节放电间隙和电介质层的厚度以观察放电间隙和电介质层的厚度对乙酸乙酯降解效率是否存在干涉影响；在同时调节时，对放电间隙的调节优先级先于对电介质层的厚度的调节优先级，以避免在更换不同喷涂厚度电介质层的等离子体发生装置的放电电极时可能对放电间隙的调节而造成的参数干扰。
具体地，所述有机气体检测仪10至少包括有臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪，以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；所述TOC分析仪13和气相色谱仪11对反应后的产物进行定量分析；所述气相色谱仪11和气质联用仪12对反应的中间产物进行检测和定性分析，根据对应分析结果，形成相应的降解建议，从而为今后采用低温等离子体降解乙酸乙酯提供新的指导方向。
本发明还提供一种乙酸乙酯降解性能分析方法，包括以下步骤：
1)启动空气泵泵入空气；
2)转子流量计根据预设流量分别控制进入第一气流导管与第二气流导管的空气流量与空气流速；
3)第一气流导管中的空气经加热带加热后直接通入缓冲罐中；第二气流导管中的空气经加热带加热后持续通入放置于水浴锅中的鼓泡瓶中，鼓泡瓶中乙酸乙酯溶液在鼓泡以及空气动力的作用下加速挥发并随着空气一起进入到缓冲罐中并与空气充分持续混合以稀释乙酸乙酯含量；
4)缓冲罐中经稀释后的混合气体进入强电离放电装置中，并经在高频高压电源提供的高频高压下产生强电离放电产生的等离子体处理，通过示波器实时显示并记录高频高压电源提供的相关动力参数；
5)分别对强电离放电装置的等离子体发生装置的放电间隙以及放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度进行调节；
6)对经强电离放电装置处理后的混合气体分别采用臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；通过TOC分析仪和气相色谱仪对反应后的产物进行定量分析，通过气相色谱仪和气质联用仪对反应的中间产物进行检测和定性分析；
7)根据对应分析结果，形成相应的降解建议。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述系统包括空气泵(1)、转子流量计(2)、水浴锅(3)、鼓泡瓶(4)、缓冲罐(5)、示波器(6)、强电离放电装置(7)、高频高压电源(8)、外接供电电源(9)、有机气体检测仪(10)、气相色谱仪(11)、气质联用仪(12)、TOC分析仪(13)；其中，
所述空气泵(1)的入口连接外部空气，所述空气泵(1)的出口与转子流量计(2)的入口连接；
所述转子流量计(2)的出口包括第一气流导管(L1)与第二气流导管(L2)，其中所述第一气流导管(L1)连接所述转子流量计(2)的出口与缓冲罐(5)的入口，所述第二气流导管(L2)伸入装有乙酸乙酯溶液的鼓泡瓶(4)的进气口中且位于液面以下，鼓泡瓶(4)的旁侧出气口连接缓冲罐(5)的入口；
所述鼓泡瓶(4)放置于水浴锅(3)中的恒温环境中；
所述缓冲罐(5)的出口连接强电离放电装置(7)的入口，强电离放电装置(7)同时连接有高频高压电源(8)和外接供电电源(9)，所述示波器(6)分别与高频高压电源(8)和外接供电电源(9)连接；
所述强电离放电装置(7)的出口分别连接有机气体检测仪(10)、气相色谱仪(11)、气质联用仪(12)及TOC分析仪(13)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述转子流量计(2)中包括有第一流量计(2-1)和第二流量计(2-2)，所述第一流量计(2-1)控制从空气泵(1)进入第一气流导管(L1)的空气流量及流速，所述第二流量计(2-2)控制从空气泵(1)进入第二气流导管(L2)的空气流量及流速。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述第一气流导管(L1)与第二气流导管(L2)的外壁设置有烟气加热控制系统，所述烟气加热控制系统包括温度传感器、温度控制器和加热带，加热带以缠绕方式固定布设于第一气流导管(L1)与第二气流导管(L2)的周向外壁，温度传感器实时检测导管内部的环境温度，当导管内部的环境温度低于温度控制器内部预设的温度阈值下限值时，温度控制器通过加热带对第一气流导管(L1)与第二气流导管(L2)实现加热，当导管内部的环境温度高于温度控制器内部预设的温度阈值上限值时，温度控制器通过加热带停止对第一气流导管(L1)与第二气流导管(L2)的加热。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述水浴锅(3)中的恒温环境温度保持在25℃±1℃。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述缓冲罐(5)连接有烟气加热装置和水汽调节装置，当缓冲罐内部的环境温度低于预设的温度阈值下限值时，烟气加热装置对缓冲罐进行加热，当缓冲罐内部的环境温度高于预设的温度阈值上限值时，烟气加热装置对缓冲罐停止加热；当缓冲罐内部的环境湿度低于预设的湿度阈值下限值或高于预设的湿度阈值上限值时，水汽调节装置调节缓冲罐内部湿度，当缓冲罐内部的环境湿度达到预设的湿度阈值范围内时，烟气加热装置停止对缓冲罐的湿度进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述强电离放电装置(7)包括等离子体发生装置、散热片、以及散热风扇，所述等离子体发生装置的矩形外壁上环绕设置有黑色散热片，在所述等离子体发生装置的一侧设置有散热风扇，所述等离子体发生装置的放电电极由烧结的金属银制成，并在其外表面上喷涂一层由致密绝缘的α-Al2O3组成的电介质层。
7.根据权利要求6所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述等离子体发生装置的放电间隙能够调节。
8.根据权利要求6所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述等离子体发生装置的放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度能够调节。
9.根据权利要求1所述的一种等离子体降解性能分析系统，其特征在于：所述有机气体检测仪(10)至少包括有臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪，以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；所述TOC分析仪(13)和气相色谱仪(11)对反应后的产物进行定量分析；所述气相色谱仪(11)和气质联用仪(12)对反应的中间产物进行检测和定性分析。
10.一种乙酸乙酯降解性能分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)启动空气泵泵入空气；
2)转子流量计根据预设流量分别控制进入第一气流导管与第二气流导管的空气流量与空气流速；
3)第一气流导管中的空气经加热带加热后直接通入缓冲罐中；第二气流导管中的空气经加热带加热后持续通入放置于水浴锅中的鼓泡瓶中，鼓泡瓶中乙酸乙酯溶液在鼓泡以及空气动力的作用下加速挥发并随着空气一起进入到缓冲罐中并与空气充分持续混合以稀释乙酸乙酯含量；
4)缓冲罐中经稀释后的混合气体进入强电离放电装置中，并经在高频高压电源提供的高频高压下产生强电离放电产生的等离子体处理，通过示波器实时显示并记录高频高压电源提供的相关动力参数；
5)分别对强电离放电装置的等离子体发生装置的放电间隙以及放电电极外表面上喷涂的电介质层的厚度进行调节；
6)对经强电离放电装置处理后的混合气体分别采用臭氧分析仪、烟气分析仪和CO/CO2测量仪以分别确定对应的O3产量、NOX产量和CO/CO2产量与输入电压及输入功率的对应关系；通过TOC分析仪和气相色谱仪对反应后的产物进行定量分析，通过气相色谱仪和气质联用仪对反应的中间产物进行检测和定性分析；
7)根据对应分析结果，形成相应的降解建议。
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|---|---|---|---|
| CN202010545403.XA CN111665327A (zh) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | 一种等离子体降解性能分析系统及分析方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010545403.XA CN111665327A (zh) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | 一种等离子体降解性能分析系统及分析方法 |
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| CN111665327A true CN111665327A (zh) | 2020-09-15 |
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|---|---|
| CN (1) | CN111665327A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110045057A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-23 | 北京北大明德科技发展有限公司 | 催化剂性能评价装置及方法 |
-
2020
- 2020-06-15 CN CN202010545403.XA patent/CN111665327A/zh active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 冯景伟等: "介质阻挡放电对水中敌草隆的降解研究", 《环境化学》 * |
| 李珏: "强电离放电等离子体降解乙酸乙酯试验研究", 《中国知网硕士电子期刊》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110045057A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-23 | 北京北大明德科技发展有限公司 | 催化剂性能评价装置及方法 |
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