CN112295736A - 一种无源静电场废气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无源静电场废气净化装置的制备方法，将至少二个驻极体材料进行充电后作为电极，在无源条件下形成静电场用以捕集废气中的颗粒物，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。本发明还进一步提供一种无源静电场废气净化装置及其用途。本发明提供的一种无源静电场废气净化装置，利用驻极体材料的驻极能力，使无源的静电去除废气中的颗粒物变为可能，其结构简单，成本低廉，尚未见有相近的技术方案。

Description

一种无源静电场废气净化装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种无源静电场废气净化装置，具体涉及一种用于移动污染源废气净化的无源静电场除颗粒物装置的制备方法及制备获得的无源静电场除颗粒物装置。

背景技术

静电除颗粒物净化装置，利用静电场作用力除去废气中的颗粒，具有效率高、功耗低、结构简单等优点，而倍受关注。但目前的静电除颗粒物装置，离不开适配的高压电源。同时，在使用过程中，存在因外界供电源不稳等原因导致高压电源瞬间或短时间失效的可能，从而也在某种程度上限制了现有的静电除颗粒物的应用范围。为解决这类问题，要么加大设计余量；要么采用备用方案，加多级装置；都将大幅度提高成本，同时也需要占用更多的安装空间。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无源的静电场废气净化装置。以用于在有源电场失效时，净化装置仍能起到静电除颗粒的作用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种无源静电场废气净化装置的制备方法，将至少二个驻极体材料进行充电后作为电极，在无源条件下形成静电场用以捕集废气中的颗粒物。

优选地，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

更优选地，所述无机化合物选自含氧化合物、含氮化合物或玻璃纤维中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述含氧化合物选自金属基氧化物、含氧复合物、含氧的无机杂多酸盐中的一种或多种组合。

更进一步优选地，所述金属基氧化物选自氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化钡、氧化钽、氧化硅、氧化铅、氧化锡中的一种或多种组合。

最优选地，所述金属基氧化物为氧化铝。

更进一步优选地，所述含氧复合物选自钛锆复合氧化物或钛钡复合氧化物中的一种或多种组合。

更进一步优选地，所述含氧的无机杂多酸盐选自钛酸锆、锆钛酸铅或钛酸钡中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述含氮化合物为氮化硅。

更优选地，所述有机化合物选自氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述氟聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(Teflon-FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或多种组合。

最优选地，所述氟聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)。

优选地，所述驻极体材料可具有多孔结构。

优选地，所述驻极体材料形成静电场的布置方式选自壁流式或通过式中的一种。

更优选地，所述驻极体材料的壁流式的布置方式，即垂直过滤方式，使废气以壁面通过的方式，通过至少二个驻极体材料作为电极形成的无源电场。

更优选地，所述驻极体材料的通过式的布置方式，即切向流过滤方式，使废气气流方向与装置中的集尘面方向相同，以旁通通过的方式，通过至少二个驻极体材料作为电极形成的无源电场。

本发明第二方面提供一种无源静电场废气净化装置，由上述方法制得。

优选地，所述无源静电场废气净化装置在进气端设有扩张管，在排气端设有收缩管。

本发明第三方面提供一种无源静电场废气净化装置在污染源排放废气的颗粒物去除中的用途。

优选地，所述污染源为移动污染源或固定污染源。

更优选地，所述移动污染源选自车辆或船舶中的一种。

进一步优选地，所述移动污染源选自车辆发动机或船舶发动机中的一种。

进一步优选地，所述车辆选自机动车或机车中的一种。

更优选地，所述固定污染源为排放工业废气的设施。

优选地，所述装置设于所述污染源的排气系统中。

如上所述，本发明提供的一种无源静电场废气净化装置，其主要核心部件是驻极体材料，其利用驻极体材料的驻极能力，在不需要外接电源、没有外接电源或外接电源失效的情况下，依然可以作为电极产生静电场，使无源的静电去除废气中的颗粒物变为可能，在短时间或长时间内去除废气中的颗粒物。该种装置结构简单，成本低廉，尚未见有相近的技术方案。本发明提供的一种无源静电场废气净化装置，可单独使用或与其他类型净化装置共同使用，安装于移动污染源的排气口附近，用于独立去除颗粒物。也可在现有的净化装置失效时，起到去除颗粒物的作用。

附图说明

图1显示为本发明中一种无源静电场废气净化装置除颗粒物的壁流式结构示意图。

图2显示为本发明中一种无源静电场废气净化装置除颗粒物的通过式结构示意图。

图3显示为本发明中一种无源静电场废气净化装置的组成结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明第一方面提供一种无源静电场废气净化装置的制备方法，将至少二个驻极体材料进行充电后作为电极，在无源条件下形成静电场用以捕集废气中的颗粒物。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述无源是指驻极体材料在充电后不需要再外加电源。所述无源条件下的静电场是指在不需要外加电源情况下，完全以充电后驻极体材料的驻极能力建立起来的静电场。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述颗粒物是指固体颗粒、附着有液体的固体颗粒、液体颗粒或气溶胶。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料是指具有驻极能力的材料。所述驻极能力是指驻极体材料在外接电源充电后带有电荷，并在完全脱离电源的条件下，依然保持有一定的电荷，从而作为电极起到静电场电极作用的能力。所述驻极材料具有驻极性能，独立于电源之外，储备一定的静电，从而可以在其周边形成一定的无源静电场。当废气通过时，废气中的颗粒物，在静电场力作用下，被驻极材料捕集，从而起到对颗粒物的净化作用。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料所带电荷，可以只带负电荷，也可以只带正电荷，所述驻极体材料包括多个，各个驻极体材料可以带有不同的电荷，例如，至少部分的驻极体材料可以带有正电荷，再例如，至少部分的驻极体材料可以带有负电荷。按驻极体材料的延伸方向，可以依次包括第一驻极体材料和第二驻极体材料，按驻极体材料的延伸方向，也可以并列包括第一驻极体材料和第二驻极体材料，所述第一驻极体材料的电荷可以与第二驻极体材料的电荷不同，也可以相同。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料通常整体上带有电荷，从而形成静电场可以对具有极性的颗粒物进行吸附，例如，所述驻极体材料可以在其表面带电荷，也可以在其本体内带电荷，更可以同时在其表面及本体内均带电荷。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

所述无机化合物可以为含氧化合物，所述含氧化合物作为含有氧元素的化合物，通常可以为金属基氧化物，金属基氧化物具体可以为铝、锌、锆、钛、钡、钽、硅、铅、锡等的氧化物。也可以为含氧复合物，含氧复合物具体可以为钛锆复合氧化物或钛钡复合氧化物。也可以为含氧的无机杂多酸盐，具体可以是钛酸锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡等。所述无机化合物也可以为含氮化合物，所述含氮化合物可以为氮化硅。所述无机化合物更可以是玻璃纤维。最佳的无机化合物可选用氧化铝。

所述有机化合物可以为氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香等。

具体来说，所述氟聚合物可以为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(Teflon-FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。最佳的有机化合物可选用聚四氟乙烯(PTFE)。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料可以具有多孔结构，便于废气的气流通过。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料可以是颗粒物的捕集量达到设定的阀值后直接废弃的一次性材料，也可以是捕集颗粒物后通过清洗例如水洗等从而再生的多次重复使用材料。从成本和材料的易得性考虑，当驻极体材料的价值高且不易得，可作为重复使用材料回收后重复使用；当驻极体材料的价值低且易得，可作为一次性材料，一次性使用后抛弃。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料形成静电场的布置方式选自壁流式或通过式中的一种。

具体来说，所述驻极体材料的布置方式可以是如图1所示的壁流式，即垂直过滤方式，使废气以壁面通过的方式，通过至少二个驻极体材料作为电极形成的无源电场。从而去除废气中的颗粒物。所述壁流式中，所述驻极体材料采用多孔结构，便于废气通过气孔流过。

具体来说，所述驻极体材料的布置方式可以是如图2所示的通过式，即切向流过滤方式，使废气气流方向与装置中的集尘面方向相同，以旁通通过的方式，通过至少二个驻极体材料作为电极形成的无源电场。从而去除废气中的颗粒物，达到净化废气的作用。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的制备方法中，所述驻极体材料还可与其它供电装置联合使用，所述驻极体材料作为接受供电的沉降电极，用于捕集废气中的颗粒物，其它供电装置为能够产生有源静电场的供电装置。当外界还存在有源电场时，有源电场还可对驻材料进行间歇性补充电量，确保驻极材料能建立起长久、稳定、可靠的静电场。驻极材料的无源电场与有源电场形成很好的协同作用，进一步提高目标净化装置对颗粒物的净化作用。

本发明第二方面提供一种无源静电场废气净化装置，由上述方法制得。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，所述装置的结构可以根据实际需要进行设置。具体来说，所述装置的结构可以为片状或板状，也可为管状或筒状，比如六方管、八角形管、圆管等，也可以为多层板状，比如由多层板叠放组成的多层板结构，也可以为多层管状，比如由多根管子叠放形成的多层管结构，也可以为其它异形结构，比如贴于排气弯管内壁的弯曲形状结构。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，所述装置的材质可以根据实际需要进行选择。相对较佳的来说，所述装置的材质可选自聚四氟乙烯或玻璃纤维中的一种。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，所述装置可单独使用，也可与现有的其他类型的去除废气中的颗粒物的装置配合使用，用以去除废气中的颗粒物。所述现有的其他类型的去除废气中的颗粒物的装置，可以是现有的静电法除颗粒物装置，如静电除尘器等；也可以是现有的其他类型颗粒物净化装置，具体例如，壁流式颗粒捕集器、布袋除尘装置、旋风分离装置等等。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，如图3所示，所述装置在进气端设有扩张管，在排气端设有收缩管。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，所述无源静电场废气净化装置的任何位置均可设置驻极体材料，其位置选择依据使用目标和安装空间而定，没有固定的位置限制。但相对来说，所述驻极体材料较佳的设置位置在上述装置内的排气端或靠近排气端的区域。具体来说，如图3所示，所述驻极体材料在所述装置内的排气端或靠近排气端的区域，通过壁流式或通过式进行布置。例如，所述驻极体材料在装置内的排气端的盖板及管壁等处进行壁流式布置。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置中，所述装置也可以外接电源，用于对装置内的驻极体材料充电。在外接电源的情况下，可以间歇性地加电驻极，也可以是持续性加电驻极。例如可以将有源的静电除尘器的积尘极，完全或部分以驻极体材料取代，再人为地每隔一段时间(如10分钟)对电场加电，从而实现对驻体极材料的充电，使其在断电后仍然能够存在静电场。加电电压依据不同的驻极体材料不同而不同，一般在1kV到100kV之间。

本发明第三方面提供一种无源静电场废气净化装置在污染源排放废气的颗粒物去除中的用途。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的用途中，所述污染源为移动污染源或固定污染源。所述移动污染源可以是车辆，所述车辆可以是机动车，也可以是机车，具体位置在车辆发动机。所述移动污染源也可以是船舶，具体位置在船舶发动机。所述固定污染源为排放工业废气的设施。

本发明所提供的无源静电场废气净化装置的用途中，所述装置设于所述污染源的排气系统中。

实施例1

取无源静电场废气净化装置，无源静电场废气净化装置中包括驻极体材料和其它供电装置，从而形成有源电场和无源电场协同作用。该装置由两段组成，沿在废气进气方向，靠近进气端的第一段为其它供电装置，形成有源静电场，靠近排气端的第二段为驻极体材料，由两组驻极体材料作为电极组成的无源电场，(驻极体材料的布置方式如图1所示，为壁流式)。其中驻极体材料具有多孔结构，具体为已带电的多层聚四氟乙烯穿孔板。驻极体材料所带电荷为正电荷。整个净化装置的示意图如图3。

如图3所示，装置中扩张管和收缩管的材质相同，均为304不锈钢，其壁厚1.2mm，收缩管直径均为45mm，扩张管直径均为120mm，长度均为90mm。

有源静电场为多管结构，分前后相同的两组，每组由多根内切圆直径为35mm的六方不锈管点焊连接组成，管壁厚0.8mm，管长75mm，作为阳极。管中插入直径为2mm的钛合金阴极丝，固定在位于两组六方管阳极筒之间的阴极板上。阴极板距阳极筒端面的距离为30mm，通过外接的绝缘机构固定在装置上。整个装置外形为圆形，直径为120mm，长度220mm。通过法兰与扩张管连接。

无源电场由图1所示的壁流式驻极体材料组成。长度100mm，壁厚10mm，孔密度为100目，孔径0.5mm，间隔封堵。

将上述装置，设置在移动污染源的排气系统的出气端，移动污染源为机动车。

在机动车启动排气后，废气净化装置通过驻极体材料形成的静电场，能够有效去除废气中的颗粒物，在无源静电场与有源静电场同时工作情况下，对废气中颗粒物的净化效率达到99％。无源电场独立工作时(关掉有源静电场的电源)，净化效率长时间稳定超过30％。

实施例2

取无源静电场废气净化装置，无源静电场废气净化装置中包括驻极体材料和其它供电装置，从而形成有源电场和无源电场协同作用。该装置由两段组成，沿在废气进气方向，靠近进气端的第一段为其它供电装置，形成有源静电场，靠近排气端的第二段为驻极体材料，由两组驻极体材料组成的无源电场，(驻极体材料的布置方式如图2所示，为通过式)。其中驻极体材料具有多孔结构，具体为已带电的多层聚四氟乙烯穿孔板。驻极体材料所带电荷为正电荷。整个净化装置的示意图如图3。

如图3所示，装置中扩张管和收缩管的材质相同，均为304不锈钢，其壁厚1.2mm，收缩管直径均为45mm，扩张管直径均为120mm，长度均为90mm。

有源静电场为多管结构，分前后相同的两组，每组由多根内切圆直径为35mm的六方不锈管点焊连接组成，管壁厚0.8mm，管长75mm，作为阳极。管中插入直径为2mm的钛合金阴极丝，固定在位于两组六方管阳极筒之间的阴极板上。阴极板距阳极筒端面的距离为30mm，通过外接的绝缘机构固定在装置上。整个装置外形为圆形，直径为120mm，长度220mm。通过法兰与扩张管连接。

无源电场由图1所示的通过式驻极体材料组成。长度100mm，壁厚10mm。将上述装置，设置在移动污染源的排气系统的出气端，移动污染源为机动车。

在机动车启动排气后，废气净化装置通过驻极体材料形成的静电场，能够有效去除废气中的颗粒物，在无源静电场与有源静电场同时工作情况下，对废气中颗粒物的净化效率达到99％。无源电场独立工作时(关掉有源静电场的电源)，净化效率长时间稳定超过30％。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无源静电场废气净化装置的制备方法，将至少二个驻极体材料进行充电后作为电极，在无源条件下形成静电场用以捕集废气中的颗粒物，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

2.根据权利要求1所述的一种无源静电场废气净化装置的制备方法，其特征在于，所述无机化合物选自含氧化合物、含氮化合物或玻璃纤维中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种无源静电场废气净化装置的制备方法，其特征在于，所述有机化合物选自氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种无源静电场废气净化装置的制备方法，其特征在于，所述驻极体材料形成静电场的布置方式选自壁流式或通过式中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种无源静电场废气净化装置的制备方法，其特征在于，所述驻极体材料可具有多孔结构。

6.一种无源静电场废气净化装置，根据权利要求1-4任一所述的制备方法制得。

7.根据权利要求5所述的一种无源静电场废气净化装置，其特征在于，所述无源静电场废气净化装置在进气端设有扩张管，在排气端设有收缩管。

8.根据权利要求6-7任一所述的一种无源静电场废气净化装置在污染源排放废气的颗粒物去除中的用途。

9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述污染源为移动污染源或固定污染源，所述移动污染源选自车辆或船舶中的一种，所述固定污染源为排放工业废气的设施。

10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述装置设于所述移动污染源的排气系统中。

Images