一种治理有机废气的等离子体反应装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大气污染物控制技术领域，尤其涉及一种治理有机废气的自清洁电极等离子体反应装置及方法。
【背景技术】
[0002]低温等离子体技术处理有机废气是新型净化方法。低温等离子体被认为是物质的第4种存在形态(除固态、液态和气态之外)，是由电子、离子、中性粒子和自由基组成的导电性流体。低温等离子体可由气体在直流电晕放电、脉冲电晕放电、介质阻挡放电等过程中产生。低温等离子体包含的高能电子、羟基自由基、氧原子等活性粒子共同作用可将有机废气降解成C02、H20和其他产物。
[0003]例如，授权公告号为CN202231939U的中国实用新型专利公开了一种等离子体反应器。这种等离子体反应器，包括:上部电极、下部电极和电源，所述下部电极和所述电源连接，所述上部电极与所述下部电极之间形成等离子体反应腔室，所述上部电极是中部外凸的曲面体。
[0004]授权公告号为CN 202246850U的中国实用新型专利公开了一种等离子体反应器，其包括真空容器，到所述真空容器的进气口装置，在所述真空容器中产生等离子体的等离子体装置，所述真空容器内的基底保持器以及排气装置，所述排气装置邻近所述真空容器的壁用于使气体从所述真空容器除去，并且所述排气装置与所述进气口装置并与所述基底保持器隔开一段距离，所述排气装置包括穿过所述壁的至少一个排出口以及至少一个气流转向器本体，其设计用于使将从所述真空容器除去的所述气体流的至少一部分在进入所述排出口之前转向。
[0005]许多学者的实验研究及示范工程表明低温等离子体技术处理VOCs具有适用范围广、一次性投资成本低、能量利用率高、设备维护简单、费用低等优点。
[0006]但其中仍存在两个关键问题一直制约着该技术的大范围推广使用:
[0007]1)去除率低:《重点区域大气污染防治“十二五”规划》规定各行业需进行VOCs控制，净化率不小于90%。低温等离子体处理易降解VOCs废气(如甲硫醚、乙硫醇、二甲胺等)时去除率高，可达95%以上。但处理芳香烃类VOCs (如苯、甲苯、二甲苯等)去除率在50% -70%之间，达不到《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的净化要求。
[0008]2)存在安全隐患:低温等离子体去除有机废气示范工程曾有发生火灾和爆炸事故。事故调查结果及相关研究表明，低温等离子体在去除有机废气过程中部分有机废气分子不完全降解会聚合生成气溶胶。气溶胶通过自由沉降和静电吸附作用，易积聚在放电极表面。放电极不及时清理保养将引起设备放电异常，如火花放电，可能导致引燃积聚在电极上的二次污染物，从而引起火灾或爆炸事故。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种治理有机废气的等离子体反应装置及方法，利用等离子体和光催化过程产生的高能电子和其他各种自由基，将有机废气分子氧化成二氧化碳和水，放电极上设置Ti02催化剂，可有效抑制气溶胶沉积在电极上，具有电极自清洁作用。
[0010]—种治理有机废气的等离子体反应装置，包括带有进气口和出气口的石英管体，所述石英管体外壁设置接地的铜电极，
[0011]还包括:
[0012]设置于所述石英管体轴心处且外接高压电源的放电电极，该放电电极的表面涂覆响应紫外光的光催化材料作为介质；
[0013]以及围绕所述光催化电极设置的若干紫外灯。
[0014]本发明有效将光催化和等离子体结合在一起，大大提高有机废气的去除率。放电电极表面聚集大量光催化作用产生的超氧负离子、羟基自由基等活性粒子以及介质阻挡放电产生的低温等离子体，可及时将放电极表面接触的气溶胶氧化为0)2和Η 20等，从而避免放电极二次污染物大量积聚。另外，本发明研究表明在低温等离子体环境中加入光催化剂，可增强VOCs降解时0)2的选择性，减少气溶胶生成。
[0015]本专利采用光催化电极介质阻挡放电产生低温等离子体，通过低温等离子体协同光催化，提高有机废气去除率，同时抑制放电极气溶胶积聚，消除安全隐患。
[0016]本发明中放电电极上的光催化材料可以是本领域常见的任何一种可见光响应光催化材料，本发明中优选地，所述光催化材料为Ti02。
[0017]本发明的放电电极为光催化电极，该光催化电极本身可直接采用本领域公知的光催化电极及制备方法，本发明中优选地，所述放电电极由负载1102的烧结金属纤维制备而成。负载Ti02的烧结金属纤维制备而成的光催化电极用高压导线与外置高压电源连接。
[0018]进一步优选地，所述烧结金属纤维为镍铬合金纤维，具有3D网状多孔结构，包括2-50nm的介孔和大于50且小于lOOnm的大孔，孔隙率为80-90%。
[0019]优选地，所述石英管体两端由绝缘固定座封端，所述绝缘固定座上带有用以固定放电电极和紫外灯的卡槽。所述绝缘固定座为聚四氟乙烯绝缘固定座，放电电极和所有紫外灯均安装在该绝缘固定座上。
[0020]优选地，所述紫外灯的设置以放电电极为中心均匀环绕在放电电极外。
[0021]进一步优选地，紫外灯与放电电极之间的间距为5mm?10mm。
[0022]更进一步地，紫外灯的设置数量为2?4根。
[0023]更进一步地，所述紫外灯释放波长254nm紫外光线。
[0024]紫外灯作为光催化介质的光源，其设置距离和设置密度的优化可提高光催化效率，进一步减少气溶胶的生成。
[0025]优选地，所述石英管体的长度为180mm?250mm，内径为20?40mm，放电电极的直径为1mm?2mm。石英管体的壁厚为3_5mm。
[0026]最优选地，所述石英管体的长度为200mm，内径为24mm，放电电极的直径为1.5mm。
[0027]本发明还提供一种利用所述等离子体反应装置处理有机废气的方法，包括如下步骤:将有机废气从进气口通入石英管体内，放电电极接入高压电源，铜电极接地，紫外灯照射放电电极，对有机废气进行净化处理，净化后气体由出气口排出。
[0028]优选地，所述高压电源的电压为30?100kV，所述紫外灯的功率为150w?200w ；所述有机废气在石英管体内的停留时间Is?5s。
[0029]进一步优选地，所述高压电源的电压为40kV，所述紫外灯的功率为150w ;所述有机废气在石英管体内的停留