一种用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置的制作方法

本实用新型属于气体污染物控制设备制造技术领域，具体地说是涉及一种用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置。

背景技术：

低温等离子体技术是一种有效的废气治理技术，可在室温下产生高能电子和OH·、O·、N·自由基等大量具有强化学反应活性的物质，对氮氧化物、挥发性有机物均有较好的处理效果。辉光放电、电晕放电、射频放电、滑动电弧放电以及介质阻挡放电等均可产生低温等离子体，其中在气体污染物控制领域使用较为广泛的是介质阻挡放电。

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)是将绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，又被称为无声放电或者介质阻挡电晕放电。介质阻挡放电电源形式包括脉冲和交流两类，电源频率范围为50Hz～1MHz；反应器结构设计形式多样，典型结构可分为板式、线筒式和填充床式三大类。板式反应器具有结构简单、气流均布性好、压降小和放电均匀等优点，其中双介质阻挡平板放电反应器，高压电极和接地电极均覆盖介质层，污染物与电极不直接接触，可有效防止电极腐蚀现象、延长系统使用寿命，被广泛应用于工业生产中废气的处理。

但是，目前为止该技术仍存在能耗较高、易生成副产物以及反应器内壁碳沉积等问题，给实际推广应用带来了困难。Kim等研究了填充床型等离子体催化反应器中苯蒸汽的降解过程，发现在较低能量密度下，反应器中生成了主要成分为甲酸的气溶胶纳米颗粒物。Zhang等人对DBD降解苯乙烯过程进行了研究，发现在介质阻挡放电反应器内壁生成了棕色油状副产物，使用GC-MS对难挥发性副产物成分进行解析，指出主要副产物为苯甲醛和苯乙醛。鉴于低温等离子体处理工业废气过程中存在的上述问题，研究者开发了以等离子体-催化协同技术为代表的一系列污染物复合脱除技术。等离子体-催化协同技术既利用了低温等离子体常温条件下的高反应活性有利用了催化剂的高反应选择性，在提高污染物转化效率的同时实现对副产物生成的抑制。

根据等离子体反应器与催化剂的相对位置，等离子-催化协同技术可分为两种形式，一段式和两段式。传统的一段式等离子体催化装置，在等离子放电区域内放置催化剂层，造成的气流压降损失较大，且未放置催化剂部分反应器内壁仍会有沉积现象发生；在处理挥发性有机废气时，能有效抑制放电反应器内壁的沉积物的出现；两段式等离子催化装置在等离子模块后置催化剂模块，利用放电反应生成的长寿命活性物质(主要是O₃等)，在催化剂层进一步降解污染物分子，不能充分利用等离子产生的瞬态活性物质，能量利用率较低。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置。

一种用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置，所述双介质阻挡放电装置包括壳体、板式电极以及与板式电极配套的介质板若干，所述板式电极包括高压电极和接地电极，所述高压电极、接地电极均覆盖相应的介质板；所述壳体两端分别设有进气口和出气口，壳体侧面设有用于放置板式电极和介质板的卡槽；所述介质板表面涂覆有催化层。

本实用新型高压电极和接地电极均覆盖介质板，为双介质阻挡放电反应器，采用双介质阻挡放电结构，这种结构高压电极和接地电极均覆盖介质板，污染物与电极不直接接触，可有效防止电极腐蚀现象、延长系统使用寿命。其中催化层的催化剂配方可根据处理废气组分的不同而进行适当调整。

作为优选，进气口后置混流装置。

作为优选，所述壳体为长方形壳体。

作为优选，所述介质板表面催化层为双面涂覆。各介质板在气体两面(上下两介质板接触废气侧)均用催化剂涂覆，可以更有效抑制污染物处理过程中反应器内壁上的沉积物的生成，保证反应器的长期运行效率。

作为优选，所述高压电极和接地电极间隔布置，高压电极、接地电极的电极板尾部分别有用于连接电源和地线的连接点。

作为优选，相邻介质板间距不超过50mm。保证催化剂与气体分子的接触效果，可以有效保证催化效果。

作为优选，所述高压电极、接地电极与壳体外侧的连接处分别对应设有绝缘陶瓷。

作为优选，所述高压电极和接地电极分别插入介质板内，并通过卡槽固定在长方形壳体内。

作为优选，所述双介质阻挡放电装置由二套以上装置并联组成。本实用新型的放电装置可模块化组装，根据使用的现场条件可进行适当进行参数调整，气量较大时可多套装置并联使用。

本实用新型采用等离子-催化协同技术，离子体-催化协同技术既利用了低温等离子体常温条件下的高反应活性，又利用了催化剂的高反应选择性，在提高污染物转化效率的同时实现对副产物生成的抑制，在处理挥发性有机物时，通过涂覆催化剂配方优化，可实现污染物分子的深度氧化对CO₂的产物选择性可达90％以上，尾气中O₃的浓度低于50ppm。本实用新型采用催化涂层介质板，在上下介质板与气流接触侧涂覆催化剂，简化了反应器结构，在处理废气时气流压降损失较小，提高了能量使用效率，抑制了污染物处理过程中反应器内壁上的沉积物的生成，保证了反应器的长期运行效率。本实用新型所使用的催化剂，可根据实际情况中待处理废气组分进行配方调整，保证催化效果。

本实用新型相对于两段式等离子催化装置减少了催化剂模块，节省了空间，提高了污染物脱除效率；相对于传统的一段式等离子体催化装置，造成的气流压降损失较小，能量利用效率更高；在处理挥发性有机废气时，能有效抑制放电反应器内壁的沉积物的出现。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型介质板催化剂涂层示意图；

图3是二套具有催化涂层的双介质阻挡放电装置的并联使用示意图；

图4普通反应器与装有催化电极的反应器的能效对比图；

图5普通反应器与装有催化电极的反应器的稳定性对比图。

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，但本实用新型所要保护的范围并不限于此。

实施例1

参照图1，图2，一种用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置，所述双介质阻挡放电装置包括长方形壳体1、板式电极以及与板式电极配套的介质板2若干，板式电极采用不锈钢材料制成，介质板采用有机玻璃制成。所述板式电极包括高压电极3和接地电极4，所述高压电极3、接地电极4均覆盖相应的介质板；所述高压电极和接地电极间隔布置，高压电极、接地电极的电极板尾部分别有用于连接电源和地线的连接点；所述高压电极、接地电极与壳体外侧的连接处分别对应设有绝缘陶瓷9。电源接通后，气路内污染物气体和背景气体可在高压下被击穿，形成大量细微的快脉冲放电通道，可在室温下产生高能电子和OH·、O·、N·自由基及O₃等大量具有强化学反应活性的物质，对氮氧化物、挥发性有机物均有较好的裂解效果。

所述壳体1两端分别设有进气口5和出气口6，进气口5后置混流装置8，壳体1侧面设有用于放置板式电极和介质板的卡槽；不锈钢材质的高压电极3和接地电极4分别插入介质板2内，并通过卡槽固定在长方形壳体1内，形成气路。

所述介质板2表面涂覆有催化层7，所述介质板表面催化层为双面涂覆，各介质板在气体两面(上下两介质板接触废气侧)均用催化剂涂覆，可以更有效抑制污染物处理过程中反应器内壁上的沉积物的生成，保证反应器的长期运行效率，其中催化层的催化剂配方可根据处理废气组分的不同而进行适当调整。相邻介质板间距不超过50mm，保证催化剂与气体分子的接触效果，可以有效保证催化效果。

本实用新型高压电极和接地电极均覆盖介质板，为双介质阻挡放电反应器，采用双介质阻挡放电结构，这种结构高压电极和接地电极均覆盖介质板，污染物与电极不直接接触，可有效防止电极腐蚀现象、延长系统使用寿命。

普通反应器与装有催化电极的反应器的能效对比如他4所示(背景气体为空气，模型污染物为甲苯，污染物浓度为300ppm，气体在反应器内停留时间为1.5s)；结果显示，本实用新型在提高污染物转化效率的同时实现对副产物生成的抑制，在处理挥发性有机物时，可实现污染物分子的深度氧化对CO₂的产物选择性可达95％以上。普通反应器与装有催化电极的反应器的稳定性对比如图5所示(能量密度为500J/L条件下持续运行)，结果显示，本实用新型在处理废气时气流压降损失较小，本实用新型提高了能量使用效率，抑制了污染物处理过程中反应器内壁上的沉积物的生成，保证了反应器的长期运行效率。

实施例2

参照图3，对于用于废气处理的具有催化涂层的双介质阻挡放电装置的设计，不仅要注重等离子体放电的稳定发生和气体污染物的高效脱除，还应注意到适应不同气量的处理，双介质阻挡放电装置由二套以上装置并联组成，本实用新型的放电装置可模块化组装，根据使用的现场条件可进行适当进行参数调整，在大风量条件下可通过多套设备并联使用提高废气处理量。

本实用新型具有等离子体-催化模块一体化的结构特点，用于废气治理，可实现挥发性有机物、氮氧化物等多种气体污染物的等离子体-催化高效协同脱除，并且针对不同废气组分，可通过催化剂配方调整实现对污染物的深度氧化。本实用新型相对于两段式等离子催化装置减少了催化剂模块，节省了空间，提高了污染物脱除效率；相对于传统的一段式等离子体催化装置，造成的气流压降损失较小，能量利用效率更高；在处理挥发性有机废气时，能有效抑制放电反应器内壁的沉积物的出现。