CN207307575U - 放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，包括进气通道、主反应器、尾部通道、引风机和高压电源；所述进气通道、主反应器、尾部通道、引风机依次连接；所述主反应器包括壳体、导流板、初级过滤装置、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元，绝缘层、高电压输入线、接地线。本实用新型充分发挥了等离子体和海藻生物炭的协同作用，利用低温等离子体放电产生的自由基等高活性物质，提高了海藻生物炭活性，提高了净化效率和速率，解决普通空气净化器滤芯频繁更换的问题。低温等离子体协同海藻生物炭的反应装置可广泛应用于空气净化领域，具有节能、无污染、使用周期长等优势。

Description

放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置

技术领域

本实用新型属于空气污染控制领域，尤其涉及一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置及其工作方法。

背景技术

随着我国的经济增长，空气污染已经成为危害生态环境和人类身体健康的重要因素。工业制造和能源开采过程中会产生成分复杂的含有机化合物的有害气体，如挥发性有机化合物(VOCs)、多环芳烃(PAHs)等。有机废气是引起温室效应的重要来源，有些有机废气是形成光化学烟雾及PM2.5的重要前驱体，有些甚至具有强烈的致癌、致突变及致畸性。我国VOCs的绝对排放量巨大，2013年我国工业VOCs排放量为2935.6万吨，预计2020年我国工业源VOCs排放量将增长至3325.9万吨。低浓度有机废气由于可燃成份稀薄，处理非常困难，常直接排空，造成了大量能源浪费，导致了环境污染和温室效应的加剧。因此，发展高效低能耗处理有机废气的方法具有重要的理论意义和应用前景，已成为国内外的研究热点和难点。

海藻生物炭是海藻热解的产物，其孔隙丰富，且含有较多的K、Na等活性离子。同时由于海藻类生物质生活在海洋中，产量高、不占用耕地，且特定季节还出现泛滥成灾，其资源开发的潜力巨大。因此海藻生物炭作为一种吸附或催化材料，应用到能源环境领域中，具有较强理论意义和实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前室内空气或烟气净化成本高，吸附剂寿命短，且可能有二次污染的技术问题，利用直流电晕放电产生的自由基与采用海藻热解制取的生物质焦之间的协同作用，提供一直可实现低温无污染脱除空气或烟气中有机物的直流电晕放电协同催化氧化脱除空气和烟气中有机物的方法。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，包括进气通道、主反应器、尾部通道、引风机和高压电源；所述进气通道、主反应器、尾部通道、引风机依次连接；

所述主反应器包括壳体、导流板、初级过滤装置、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元，绝缘层、高电压输入线、接地线；

从进气通道到尾部通道，壳体内部依次设有第一导流板、初级过滤装置、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元、第二导流板；每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元包括一个多孔板状电极、多条线状电极、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料；所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料置于多孔板状电极和线状电极之间，且居中放置；线状电极之间相互平行，且线状电极平行于多孔板状电极，每条线状电极与多孔板状电极的间距相同；

所述多孔板状电极、线状电极、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料均与壳体连接，并通过绝缘层绝缘，壳体接地；

所述线状电极均通过高电压输入线与高压电源输出端连接；多孔板状电极通过接地线接地。

进一步，所述主反应器中放电自由基协同海藻生物炭处理单元的数量至少为2个。

进一步，每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元之间的间距为100～500mm。

进一步，所述两个线状电极之间的间距为100～200mm，多孔板状电极与线状电极之间的间距为20～100mm。

进一步，所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料的厚度为多孔板状电极与线状电极之间的距离的30％～100％。

进一步，所述高压电源输出电压为5kV～50kV。

进一步，所述初级过滤装置的过滤层采用可重复使用的滤网。

进一步，主反应器的壳体的材料为不锈钢板，结构为方形结构。

进一步，所述主反应器与高压电源之间设有电压、电流检测器和漏电保护装置。

所述的放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置的工作方法，步骤如下：

富含有机物的待净化的气体由引风机作用进入装置的进气通道，经导流板整流，经初级过滤装置过滤掉大颗粒物之后，进入放电自由基协同海藻生物炭处理单元；气体首先穿过多孔板状电极和带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料，颗粒物被带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料过滤在外面，有机物被滤料夹层里的的海藻生物炭吸附，具有氧化性能的自由基经多孔板状电极与线状电极放电产生；多孔板状电极与线状电极之间在一定电压下进行电晕放电高能电子、O₃自由基、O自由基、OH自由基、N自由基等活性粒子，所述高能电子和自由基进入海藻生物炭表面的孔隙中，高能电子与有机物分子碰撞，使其化学键断裂，并被激化，被高能电子裂解激化的有机物分子在放电自由基的作用下被氧化成二氧化碳和水等无害物质；或者放电自由基直接与吸附在海藻生物炭表面的有机物反应，使其转化成无害的二氧化碳和水等；净化后的气体随气流进入下一级放电自由基协同海藻生物炭处理单元；气体经多级处理后，达到可排放的标准，进入尾部通道，排出。

有益效果：

(1)海藻生物炭是一种采用海藻热解制取的生物质焦，具有较大的比表面积和发达的空隙结构，含有的K、Na等物质是极好的吸附有机物的活性位。且海藻是储量广泛的可再生资源，具有广阔的开发展和应用前景。海藻生物炭对有机物，尤其是对大分子有机物具有很强的吸附性。

(2)海藻生物炭对有机物的吸附作用，提高了反应物浓度，海藻生物炭与自由基协同作用，延长了有机物与放电自由基的接触时间，提高了有机物的氧化效率，提高了能量利用效率。

(3)高能电子和放电自由基作用于海藻生物炭表面，能提高海藻生物炭表面活性，增强海藻生物炭的吸附性。

(4)此外，因为海藻生物炭吸附的有机物源源不断的被氧化后排出，所以此装置中的海藻生物炭具有很长的使用寿命。

该方法及装置具有能耗低、无二次污染和具有经济效益等优点，实现了低温低成本无污染脱除空气中有机物的目的。

所述的有机物包括脂肪烃类化合物如己烷、庚烷等、芳香烃类化合物如苯、甲苯等、醛类化合物如甲醛、乙醛等、醇类化合物甲醇、乙醇等、酮类化合物丙酮、一丁酮、环己酮等、脂类化合物乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯等、醚类如乙醚、氯乙醚等等。

本实用新型充分发挥了等离子体和海藻生物炭的协同作用，利用低温等离子体放电产生的自由基等高活性物质，提高了海藻生物炭活性，提高了净化效率和速率，解决普通空气净化器滤芯频繁更换的问题。低温等离子体协同海藻生物炭的反应装置可广泛应用于空气净化领域，具有节能、无污染、使用周期长等优势。

附图说明

图1是本实用新型装置的系统示意图；

图2是图1中本实用新型放电自由基协同海藻生物炭处理单元的内部结构示意图，图a为从尾部通道观察的视图，图b为从进气通道观察的视图。

图中：1-壳体、2-进气通道、3-第一导流板、4-初级过滤装置、5-多孔板状电极、6-线状电极、7-带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料、8-绝缘层、9-高电压输入线、10-接地线、11-尾部通道、12-引风机、13-高压电源、14-清灰斗、15-接地装置，16-第二导流板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术内容及实施方式进行进一步具体说明。

如图1、2所示，一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，包括进气通道2、主反应器、尾部通道11、引风机12和高压电源13；所述进气通道2、主反应器、尾部通道11、引风机12依次连接；

所述主反应器包括壳体1、导流板、初级过滤装置4、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元，绝缘层8、高电压输入线9、接地线10；

从进气通道2到尾部通道11，壳体1内部依次设有第一导流板3、初级过滤装置4、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元、第二导流板16；每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元包括一个多孔板状电极5、多条线状电极6、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7；所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7置于多孔板状电极5和线状电极6之间，且居中放置；线状电极6之间相互平行，且线状电极6平行于多孔板状电极5，每条线状电极6与多孔板状电极5的间距相同；

所述多孔板状电极5、线状电极6、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7均与壳体1连接，并通过绝缘层8绝缘，壳体1接地；

所述线状电极6均通过高电压输入线9与高压电源13输出端连接；多孔板状电极5通过接地线10接地。

所述主反应器中放电自由基协同海藻生物炭处理单元的数量至少为2个。

每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元之间的间距为100～500mm。

所述两个线状电极6之间的间距为100～200mm，多孔板状电极5与线状电极之间6的间距为20～100mm。

所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7的厚度为多孔板状电极5与线状电极6之间的距离的30％～100％。

所述高压电源13输出电压为5kV～50kV。

所述初级过滤装置4的过滤层采用可重复使用的滤网。

主反应器的壳体1的材质为不锈钢板，结构为方形结构。

所述主反应器与高压电源13之间设有电压、电流检测器和漏电保护装置。

所述的放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置的工作方法，步骤如下：

富含有机物的待净化的气体由引风机12作用进入装置的进气通道2，经导流板整流，经初级过滤装置4过滤掉大颗粒物之后，进入放电自由基协同海藻生物炭处理单元；气体首先穿过多孔板状电极5和带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7，颗粒物被带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7过滤在外面，有机物被滤料夹层里的的海藻生物炭吸附，具有氧化性能的自由基经多孔板状电极5与线状电极6放电产生；多孔板状电极5与线状电极6之间在一定电压下进行电晕放电高能电子、O₃自由基、O自由基、OH自由基、N自由基等活性粒子，所述高能电子和自由基进入海藻生物炭表面的孔隙中，高能电子与有机物分子碰撞，使其化学键断裂，并被激化，被高能电子裂解激化的有机物分子在放电自由基的作用下被氧化成二氧化碳和水等无害物质；或者放电自由基直接与吸附在海藻生物炭表面的有机物反应，使其转化成无害的二氧化碳和水等；净化后的气体随气流进入下一级放电自由基协同海藻生物炭处理单元；气体经多级处理后，达到可排放的标准，进入尾部通道11，排出。

待净化的气体由引风机作用进入装置的进气通道2，经导流板整流，经初级过滤装置4过滤掉大颗粒物之后，进入放电自由基协同海藻生物炭处理单元。气体首先穿过多孔板状电极5和带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7，颗粒物被带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料7过滤在外面，有机物被滤料夹层里的的海藻生物炭吸附，具有氧化性能的自由基经两个多孔极板放电产生。净化后的气体随气流进入下一级处理单元。气体经多级处理后，进入尾部通道11，排出。当高压电源13输出电压为15kV时，有机物脱除效率为89％，细颗粒物脱除效率95％。

Claims (9)

1.一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，包括进气通道(2)、主反应器、尾部通道(11)、引风机(12)和高压电源(13)；所述进气通道(2)、主反应器、尾部通道(11)、引风机(12)依次连接；

所述主反应器包括壳体(1)、导流板、初级过滤装置(4)、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元，绝缘层(8)、高电压输入线(9)、接地线(10)；

从进气通道(2)到尾部通道(11)，壳体(1)内部依次设有第一导流板(3)、初级过滤装置(4)、若干放电自由基协同海藻生物炭处理单元、第二导流板(16)；每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元包括一个多孔板状电极(5)、多条线状电极(6)、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料(7)；所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料(7)置于多孔板状电极(5)和线状电极(6)之间，且居中放置；线状电极(6)之间相互平行，且线状电极(6)平行于多孔板状电极(5)，每条线状电极(6)与多孔板状电极(5)的间距相同；

所述多孔板状电极(5)、线状电极(6)、带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料(7)均与壳体(1)连接，并通过绝缘层(8)绝缘，壳体(1)接地；

所述线状电极(6)均通过高电压输入线(9)与高压电源(13)输出端连接；多孔板状电极(5)通过接地线(10)接地。

2.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述主反应器中放电自由基协同海藻生物炭处理单元的数量至少为2个。

3.根据权利要求1或2所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，每个放电自由基协同海藻生物炭处理单元之间的间距为100～500mm。

4.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述两个线状电极(6)之间的间距为100～200mm，多孔板状电极(5)与线状电极之间(6)的间距为20～100mm。

5.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述带有海藻生物炭夹层的毛毡滤料(7)的厚度为多孔板状电极(5)与线状电极(6)之间的距离的30％～100％。

6.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述高压电源(13)输出电压为5kV～50kV。

7.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述初级过滤装置(4)的过滤层采用可重复使用的滤网。

8.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，主反应器的壳体(1)的材质为不锈钢板，结构为方形结构。

9.根据权利要求1所述的一种放电自由基协同海藻生物炭脱除有机物和细颗粒物的装置，其特征在于，所述主反应器与高压电源(13)之间设有电压、电流检测器和漏电保护装置。