CN206276238U - 一种等离子体催化反应器及其空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体催化反应器及其空气净化器，该反应器中从下至上依次设置相互平行的下多尖端电极层、网状电极层、高比电阻多孔催化剂层和上多尖端电极层；铺设有高比电阻多孔催化剂层的网状电极层设置在贴近下多尖端电极层处。高比电阻多孔催化剂层在放电环境下容易出现反电晕现象，此时电晕电流迅速增大，使得放电功率增大，从而产生高密度的等离子体。本实用新型利用多电极放电和催化剂反电晕放电，使得放电功率增大，产生高密度等离子体；同时催化剂上产生反电晕，可使等离子体和催化剂紧密结合，增强等离子体和催化剂的协同作用。
Description
技术领域
本实用新型属于大气污染控制领域，涉及等离子体协同催化技术治理气态污染物方面，具体涉及一种等离子体催化反应器及其空气净化器。
背景技术
针对大风量、低浓度的VOCs传统治理技术的应用受到投资、运行费用及效率等因素的制约，低温等离子体催化技术被认为是处理中很有发展前途的技术之一，与传统方法相比具有反应温度低、启动迅速、能在低温下同时去除多种污染物等优点。低温等离子体的产生方法很多，如辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电(DBD)、脉冲放电、射频放电、滑动电弧放电、射流放电、大气压辉光放电、次大气压辉光放电、电子束、微波等。然而，能耗较高和副产物问题依然制约着低温等离子体技术在工业中的应用。目前的等离子体发生方法，难以同时满足高能量效率和经济可靠的供电电源这两个条件。
介质阻挡放电和电晕放电是最常用的等离子体产生方式。介质阻挡放电的重要特点是在气体间隙中重复发生细脉冲微放电，DBD的能量密度很高，因此DBD可以在大气压下注入大功率的能量。对于一般的供电频率，DBD主要的微放电性能参数只与放电气体组分、压力和电极结构有关，而不取决于外部电路，增加输入功率只增大单位时间的微放电数量，因此，DBD的放大比较简单。但大功率的DBD微放电通道电流很大，这将产生大量的热量，浪费了很多能量，因此造成DBD的能量效率很低。
电晕放电的应用可以追溯到第一个电除尘器的诞生，已有超过150年的历史。在电晕放电产生低温等离子体的过程中，输入的能量主要由电子获得，只有电子被显著加速，气体整体以及离子都未显著加热，所以能量效率较高。同时电晕放电可以在大气压下产生高浓度活性原子核自由基，因此，在等离子体表面处理、气体净化等领域具有非常广阔的应用前景。但持续的电晕放电过程中的微放电很微弱，且非常不均匀，其强电场、电离和发光仅存在于电极附近。电晕放电的电流很小，其电流密度范围为1-100uA/cm2。当电压和电流升高时，将引起电晕向火花发展。由于放电电流很小，使其应用受到很大限制。
在电除尘领域，由反电晕的产生机理可知，反电晕可以产生等离子体。反电晕发生时，电晕电流迅速增大，使得放电功率增大，由此可知，反电晕可用于产生高密度等离子体、以多孔纸-环氧树脂复合材料为介质层的针-板结构研究反电晕放电，发现反电晕放电发生时，电流密度可达到14.3uA/cm2，是在相同电压下电晕放电的电流密度的3倍，这表明反电晕放电产生的等离子体功率远大于电晕放电。
实用新型内容
针对等离子体发生技术和处理中存在的问题，本实用新型提供一种等离子体催化反应器，该反应器利用高压电源供电，通过在多孔催化剂上反电晕放电产生等离子体。本实用新型通过尖端放电以及多孔催化剂反电晕放电增大了放电功率，提高了放电密度，使得气体净化过程能耗更低，解决了传统等离子体发生方法中放电微弱、能耗较高的弊端。
本实用新型所提供技术方案具体如下：
一种等离子体催化反应器，包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道。
所述的尖端电极为针状电极、点状电极或突刺电极，所述尖端电极采用不锈钢材料，所述的网状电极层为110PPI发泡镍网。
所述的高比电阻多孔催化剂层以蜂窝载体、陶瓷载体或有机玻璃为载体，载体表面附着有铁电介质层或Ag层，高比电阻多孔催化剂层的相对介电常数大于1100。
所述尖端电极的尖端高度为1～2mm，且所有尖端都处于一个水平面上；所述尖端交错分布，分布密度为1×104～2×104个/m2。
所述尖端电极与网状电极层之间的放电间隙为2～3mm，高比电阻多孔催化剂层的厚度为1～1.5mm。
一种空气净化器，包括绝缘外壳、高压电源和多组平行堆叠的等离子体催化反应器；
所述的等离子体催化反应器，包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道；
绝缘外壳上设有进气口、出气口和接地极。
本实用新型所用到的高比电阻多孔催化剂层的活性组分为铁电介质材料或Ag，其相对介电常数通常大于1100，该类催化剂在放电环境下容易反电晕现象，此时电晕电流迅速增大，使得放电功率增大，从而产生高密度的等离子体，可达相同电压下电晕放电的电流密度的3 倍；所用到的多孔催化剂载体为蜂窝载体、陶瓷载体或有机玻璃，此类结构的催化剂载体能够提供较多的孔道和表面积，从而提供更多的电荷附着表面，使催化剂更容易荷电。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
(1)本实用新型所用放电电极为多尖端电极和网状电极复合的多电极，尖端电极的曲率半径很小，可以增大放电功率和电流密度，而网状电极能够使得放电比较均匀；多电极放电能够产生放电密度大且均匀的等离子体。
(2)本实用新型所用催化剂为高比电阻多孔催化剂，既可以增大催化剂的吸附氧化能力，也可以发生反电晕现象产生高密度等离子体。
(3)本实用新型中催化剂发生反电晕可使等离子体和催化剂紧密结合，增强等离子体催化剂的协同作用。
附图说明
图1为等离子体催化反应器的结构示意图。
图2为空气净化器的结构示意图俯视图。
图中，1—上多尖端电极层；2—高比电阻多孔催化剂层；3—网状电极层；4—下多尖端电极层；5—进气口；6—等离子体催化反应器；7—高压电源；8—接地极；9—绝缘外壳；10—出气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
一种等离子体催化反应器，包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道。
所述的尖端电极为针状电极、点状电极或突刺电极，所述尖端电极采用不锈钢材料，所述的网状电极层为110PPI发泡镍网。
所述的高比电阻多孔催化剂层以蜂窝载体、陶瓷载体或有机玻璃为载体，载体表面附着有铁电介质层或Ag层，高比电阻多孔催化剂层的相对介电常数大于1100。
所述尖端电极的尖端高度为1～2mm，且所有尖端都处于一个水平面上；所述尖端交错分布，分布密度为1×104～2×104个/m2。
所述尖端电极与网状电极层之间的放电间隙为2～3mm，高比电阻多孔催化剂层的厚度为1～1.5mm。
一种空气净化器，包括绝缘外壳、高压电源和多组平行堆叠的等离子体催化反应器；
所述的等离子体催化反应器，包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道；
绝缘外壳上设有进气口、出气口和接地极。
实施例1
利用等离子体协同多孔催化技术对含甲苯废气进行降解处理，在等离子体催化反应器中采用针状电极和网状电极作为复合多电极，针状电极尖端高度为2mm，分布密度为1×104个/m2，针状电极与网状电极之间的放电间隙为2mm；将铁电介质材料蜂窝状多孔催化剂置于网状电极之上，蜂窝载体厚度为1mm。等离子体放电方式高压脉冲电晕放电，输入电压为15kv，输入频率为50Hz，针状电极处产生电晕放电，在催化剂层产生反电晕。将待处理的甲苯废气通入低温等离子体催化反应器中，经过电晕放电和催化剂反电晕放电的处理，利用等离子体氧化能力、多孔催化剂的吸附和催化氧化协同作用使得甲苯的脱除率达到了95.2％。
实施例2
利用等离子体协同多孔催化技术对含甲苯废气进行降解处理，在等离子体催化反应器中采用点状电极和网状电极作为复合多电极，点状电极尖端高度为1mm，分布密度为2×104个/m2，点状电极与网状电极之间的放电间隙为3mm；将铁电介质材料蜂窝状多孔催化剂置于网状电极之上，陶瓷载体厚度为1.5mm。等离子体放电方式直流高压电晕放电，输入电压为25kv，输入频率为500Hz，点状电极处产生电晕放电，在催化剂层产生反电晕。将待处理的甲苯废气通入低温等离子体催化反应器中，经过电晕放电和催化剂反电晕放电的处理，利用等离子体氧化能力、多孔催化剂的吸附和催化氧化协同作用使得甲苯的脱除率达到了97.8％。
实施例3
利用等离子体协同多孔催化技术对含甲苯废气进行降解处理，在等离子体催化反应器中采用突刺电极和网状电极作为复合多电极，突刺电极尖端高度为1.5mm，分布密度为1.5×104个/m2，针状电极与网状电极之间的放电间隙为2.5mm；将铁电介质材料蜂窝状多孔催化剂置于网状电极之上，有机玻璃载体厚度为1.25mm。等离子体放电方式高压交流电晕放电，输入电压为20kv，输入频率为275Hz，突刺电极处产生电晕放电，在催化剂层产生反电晕。将待处理的甲苯废气通入低温等离子体催化反应器中，经过电晕放电和催化剂反电晕放电的处理，利用等离子体氧化能力、多孔催化剂的吸附和催化氧化协同作用使得甲苯的脱除率达到了96.1％。
实施例4
利用等离子体协同多孔催化技术对含甲苯废气进行降解处理，在等离子体催化反应器中采用突刺电极和网状电极作为复合多电极，针状电极尖端高度为1mm，分布密度为1.5×104个/m2，突刺电极与网状电极之间的放电间隙为2mm；将铁电介质材料蜂窝状多孔催化剂置于网状电极之上，陶瓷载体厚度为1.5mm。等离子体放电方式高压脉冲电晕放电，输入电压为25kv，输入频率为50Hz，突刺电极处产生电晕放电，在催化剂层产生反电晕。将待处理的甲苯废气通入低温等离子体催化反应器中，经过电晕放电和催化剂反电晕放电的处理，利用等离子体氧化能力、多孔催化剂的吸附和催化氧化协同作用使得甲苯的脱除率达到了93.8％。
实施例5
利用等离子体协同多孔催化技术对含甲苯废气进行降解处理，在等离子体催化反应器中采用针状电极和网状电极作为复合多电极，针状电极尖端高度为1.5mm，分布密度为2×104个/m2，针状电极与网状电极之间的放电间隙为2mm；将铁电介质材料蜂窝状多孔催化剂置于网状电极之上，蜂窝载体厚度为1mm。等离子体放电方式高压直流电晕放电，输入电压为20kv，输入频率为275Hz，针状电极处产生电晕放电，在催化剂层产生反电晕。将待处理的甲苯废气通入低温等离子体催化反应器中，经过电晕放电和催化剂反电晕放电的处理，利用等离子体氧化能力、多孔催化剂的吸附和催化氧化协同作用使得甲苯的脱除率达到了94.6％。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种等离子体催化反应器，其特征在于：包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道。
2.根据权利要求1所述的等离子体催化反应器，其特征在于：所述的尖端电极为针状电极、点状电极或突刺电极，所述尖端电极采用不锈钢材料，所述的网状电极层为110PPI发泡镍网。
3.根据权利要求1所述的等离子体催化反应器，其特征在于：所述的高比电阻多孔催化剂层以蜂窝载体、陶瓷载体或有机玻璃为载体，载体表面附着有铁电介质层或Ag层，高比电阻多孔催化剂层的相对介电常数大于1100。
4.根据权利要求1所述的等离子体催化反应器，其特征在于：所述尖端电极的尖端高度为1～2mm，且所有尖端都处于一个水平面上；所述尖端交错分布，分布密度为1×104～2×104个/m2。
5.根据权利要求1所述的等离子体催化反应器，其特征在于：所述尖端电极与网状电极层之间的放电间隙为2～3mm，高比电阻多孔催化剂层的厚度为1～1.5mm。
6.一种空气净化器，包括绝缘外壳、高压电源和多组平行堆叠的等离子体催化反应器；其特征在于：
所述的等离子体催化反应器，包括相互平行的下多尖端电极层和上多尖端电极层；
所述的上多尖端电极层和下多尖端电极层上设有相对的尖端电极，所述的下多尖端电极层和上多尖端电极层之间设有废气通道，废气通道中贴近下多尖端电极层处设有与下多尖端电极层平行的网状电极层，网状电极层上铺设有高比电阻多孔催化剂层；
所述的下多尖端电极层与网状电极层之间设有放电间隙，放电间隙的高度小于废气通道；
绝缘外壳上设有进气口、出气口和接地极。
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|---|---|---|---|---|
| CN110860201A (zh) * | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 广东美的环境电器制造有限公司 | 甲醛降解装置 |
| WO2020083207A1 (zh) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 上海必修福企业管理有限公司 | 排气处理系统及方法 |
| WO2022007297A1 (zh) * | 2020-07-10 | 2022-01-13 | 深圳先进技术研究院 | 一种等离子体空气消杀处理装置 |
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