CN112087854B - 介质阻挡放电等离子体发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低温等离子体技术应用领域，公开了一种介质阻挡放电等离子体发生装置。该装置包括高压电极(1)、液体电极(2)和等离子体反应管，所述等离子反应管为同轴双层套管，所述高压电极(1)位于同轴双层套管的内管(3)中，液体电极(2)位于同轴双层套管的外管(4)中，其特征在于，所述同轴双层套管的内管(3)为变径单元。本发明提供的介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置能够提供递变电场以满足不同VOCs分子降解的梯度能量需求。

Description

介质阻挡放电等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及低温等离子体技术应用领域，具体涉及一种介质阻挡放电等离子体发生装置。
背景技术
低温等离子体法是处理工业上大气量、低浓度且无回收价值有机废气（VOCs，volatile organic compounds）的一种新兴的方法。由于其具有工艺简单、运行管理方便等优势，引起国内外研究者们和生产企业的极大兴趣。低温等离子体法利用气体放电产生高活性粒子（包括电子、离子、自由基和激发态分子等）与有机污染物发生氧化反应，最终产物主要为CO2和H2O。 实际工业废气的成分极其复杂，按照分子组成和特性又主要分为烃类、含氧有机物、含氮有机物、含卤有机物和含硫有机物五大类；根据不同的工业装置和和工艺，实际工业废气可能含有以上多种成分。然而，同时破坏不同分子需要的活化能不同，也就是说，每一类工业废气降解所需要的最优电场强度可能是不一样的。因此，获得均一电场的传统等离子体发生器无法满足上述需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有等离子体发生器无法满足同时降解不同有机废物的问题，提供一种介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置能够提供递变电场以满足不同VOCs分子降解的梯度能量需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置包括高压电极、液体电极和等离子体反应管，所述等离子体反应管为同轴双层套管，所述高压电极位于同轴双层套管的内管中，液体电极位于同轴双层套管的外管中，其中，所述同轴双层套管的内管为变径单元。
优选地，所述装置还包括温控单元，所述温控单元与同轴双层套管的外管相连，形成闭合管路。
优选地，所述变径单元的数量为1个或多个。
优选地，所述相邻变径单元间的间隔为0-10cm。
优选地，所述相邻变径单元间的间隔相同或不同。
优选地，所述变径单元为弧形或多边形。
优选地，所述多边形为三角形或四边形。
优选地，所述同轴双层套管的内管由多个弧形构成。
优选地，所述同轴双层套管的内管由多个多边形构成。
优选地，所述液体电极为水或导电油。
优选地，所述同轴双层套管可以为石英、陶瓷、刚玉或者聚四氟材料。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的工作气体为空气、氩气、氮气、氧气或氦气中的一种或多种。
本发明的提供的介质阻挡放电等离子体发生装置，能够提供递变电场的同时能够实现温度可控，从而满足不同VOCs分子降解的梯度能量需求。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提供的介质阻挡放电等离子体发生装置的结构图；
图2为现有介质阻挡放电等离子体发生装置的结构图。
附图标记说明
1、高压电极2、液体电极
3、内管4、外管
31、气体入口32、气体出口
41、液体入口42、液体出口
5、温控单元51、控温仪入口
52、控温仪出口
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指对应结构的内部和外部。
本发明一种实施方式提供的介质阻挡放电等离子体发生装置的结构图。如图1所示，本发明提供的介质阻挡放电等离子体发生装置包括：高压电极1、液体电极2和等离子体反应管，该等离子体反应管为同轴双层套管，高压电极1位于同轴双层套管的内管3中，液体电极2位于同轴双层套管的外管4中，其中，同轴双层套管的内管3为变径单元。
本发明的介质阻挡放电等离子体发生装置，通过采用变径内管提供递变电场，从而获得不同的梯度能量来满足不同VOCs分子降解的需求。
对于上述高压电极没有特别的限定，例如可以为金属管、金属棒或者填充导体的绝缘管等。
优选地，所述装置包括温控单元5，所述温控单元5与同轴双层套管的外管4相连，形成闭合管路。所述温控单元5为控温仪。如图1所示，温控单元5与同轴双层套管的外管4相连，形成闭合管路，通过增设温控单元实现介质阻挡放电等离子体发生装置发生反应的环境温度，从而进一步满足不同VOCs分子降解的需求。具体地，如图1所示，外管4上设有液体入口41和液体出口42，温控单元5（具体为控温仪）上设有控温仪入口51和控温仪出口52，液体入口41与控温仪出口52相连，液体出口42与控温仪入口51相连，形成闭合管路。
优选地，所述变径单元的数量为1个或多个。具体地，可以为1个、2个、3个或4个等，根据内管的长度以及待处理VOCs来选择变径单元的数量。具体地，如图1所示，内管3包括2个变径单元。
优选地，所述相邻变径单元间的间隔为0-10cm；进一步优选地，所述相邻变径单元间的间隔为0-5cm。通过设置相邻变径单元的间隔，能够控制等离子体作用的VOC分子进入下一个变径单元的反应程度。
对于上述相邻变径单元间的间隔设置没有特别的限定，优选地，所述相邻变径单元间的间隔相同或不同。通过相邻变径单元间间隔设置为相同或不同，能够进一步满足不同VOCs分子降解的需求。
为了形成不同的放电间隙，优选地，所述变径单元为弧形或多边形。在本发明中，所述弧形可以为圆形或椭圆形的任意一部分；多边形可以为三角形、四边形或其他多边形，四边形可以为梯形或方形。其中，所述变径单元可以采用单一的弧形形成内管，或者采用单一的梯形或方形形成内管，也可以采用弧形与梯形交错方式形成内管，或者弧形与方形交错方式形成内管等多种不同组合方式实现。
对于上述的弧形的弧度没有特别的限定，可以根据待处理废气的种类以及内管中弧形的个数而定，内管中的多个弧形可以相同或不同。具体地，如图1所示，内管包括2个相同的弧形。
对于上述的多边没有特别的限定，可以根据待处理废气的种类以及内管中多边形的个数而定，内管中的多个多边形可以相同或不同。例如，内管可以包括多个相同或不同的梯形；或者，内管可以包括多个相同或不相的方形等。具体地，内管包括2个相同的梯形；或者，内管包括2个相同的方形；或者，内管包括3个相同的梯形 或者，内管包括3个相同的方形等多种方式。
优选地，所述同轴双层套管的内管由多个弧形单元构成。具体地，如图1所示，内管3采用2个变径单元。
优选地，所述同轴双层套管的内管由多个梯形单元构成。
优选地，所述同轴双层套管的内管由多个方形单元构成。
对于上述液体电极没有特别的限定，具有导电性的液体即可，优选地，所述液体电极为水或导电油。在本发明的一个具体实施方式中选用水作为液体电极。具体地，如图1所示，通过液体入口41向外管4内通入水，作为水电极。
对于上述同轴双层套管的材质没有特别的限定，优选地，所述同轴双层套管可以为石英、陶瓷、刚玉或者聚四氟材料。其中，聚四氟材料可以为聚四氟乙烯（PTFE）、热塑性聚四氟乙烯（PFA）或聚偏氟乙烯（PVDF）。上述同轴双层套管的内管和外管可以同时为石英、陶瓷、刚玉或者聚四氟材料，或者仅有外管采用石英、陶瓷、刚玉或者聚四氟材料实现介质阻挡放电即可。
对于上述质阻挡放电等离子体发生装置的工作气体没有特别的限定，优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的工作气体为空气、氩气、氮气、氧气或氦气中的一种或多种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
实施例
采用图1中的介质阻挡放电等离子体发生装置，高压电极1位于同轴双层套管的内管3中，液体电极2位于同轴双层套管的外管4中，同轴双层套管的内管3包括2个弧形单元，其中，高压电极1为金属棒，外管4内通入水作为水电极，同轴双层套管的内管3和外管4为石英材质，内管3含有2个弧形单元，外管4上设有液体入口41和液体出口42，温控单元5（具体为控温仪）上设有控温仪入口51和控温仪出口52，液体入口41与控温仪出口52相连，液体出口42与控温仪入口51相连，形成闭合管路。介质阻挡放电等离子体发生装置的内管3上设有气体入口31和气体出口32。
对比例1
采用图2所示的介质阻挡放电等离子体发生装置，高压电极1位于同轴双层套管的内管3中，液体电极2位于同轴双层套管的外管4中，同轴双层套管的内管3为变径单元，其中，高压电极1为金属棒，外管4内通入水作为水电极，同轴双层套管的内管3和外管4为石英材质，外管4上设有液体入口41和液体出口42。介质阻挡放电等离子体发生装置的内管3上设有气体入口31和气体出口32。
图2中的装置同轴双层套管的内管和外管与图1中采用相同的尺寸，气体通入条件相同。
测试例1
第一步，按图1所示将地电极与控温仪连接成闭合管路，并将控温仪调至80℃；第二步，打开气路阀门，调节流量计，使气源气体（具体为空气）按流速为6L/min通过气体入口31注入到等离子体发生器，从气体出口32流出；第三步，打开交流驱动电源，频率为7.6kHz电压为33kV下可获得不同电场梯度的等离子体。
以6L/min的流速通入VOCs（其中，苯的浓度为200ppm，甲醇的浓度为200ppm），控温仪控制水温达到80摄氏度，测试图1中的介质阻挡放电等离子体发生装置的降解效率，苯和甲醇分别为75%和>99%.。
测试例2
具体操作方式：
第一步，按图2所示，第一步，打开气路阀门，调节流量计，使气源气体（具体为空气）按流速为6L/min通过气体入口31注入到等离子体发生器，从气体出口32流出； 第三步，打开交流驱动电源，频率为7.6kHz电压为30kV下可获得不同电场梯度的等离子体。采用与测试例1相同的条件，测试图2中的介质阻挡放电等离子体发生装置的降解效率，和甲醇分别为63%和80%。
采用本发明提供的介质阻挡放电等离子体发生装置，可以根据待处理的废气种类设计不同的形状和尺寸，与高压电极组装后形成不同的放电间隙，从而获得连续递变电场的介质阻挡等离子体发生器，同时，通过增设温控单元实现介质阻挡放电等离子体发生装置发生反应的环境温度，从而进一步满足不同VOCs分子降解的能量需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置包括高压电极（1）、液体电极（2）和等离子体反应管，所述等离子体反应管为同轴双层套管，所述高压电极（1）位于同轴双层套管的内管（3）中，液体电极（2）位于同轴双层套管的外管（4）中，其特征在于，所述同轴双层套管的内管（3）为变径单元，所述变径单元的数量为2个，所述变径单元为弧形，且相邻所述变径单元的间隔为0-10cm，
所述装置还包括温控单元（5），所述温控单元（5）与同轴双层套管的外管（4）相连，形成闭合管路。
2.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生装置，其特征在于，所述同轴双层套管的内管由多个弧形构成。
3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生装置，其特征在于，所述液体电极为水或导电油。
4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生装置，其特征在于，所述同轴双层套管为石英、陶瓷、刚玉或者聚四氟材料。
5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的工作气体为空气、氩气、氮气、氧气或氦气中的一种或多种。
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