陣列式雙介質(zhì)阻擋放電聯(lián)合催化脫除甲苯廢氣的研究.pdf

1、VOCs是PM25和O3的重要前體物，其大量排放，不僅會加劇霧霾的發(fā)生，同時還會危害人體健康。介質(zhì)阻擋放電法(DBD)脫除VOCs廢氣具有產(chǎn)生高能電子、普適性強等優(yōu)點，但依然存在能耗高、能量利用率低下、產(chǎn)生眾多不可控的副產(chǎn)物等問題。相反，催化法因其具有高效性和產(chǎn)生的副產(chǎn)物少等優(yōu)點恰好可以彌補介質(zhì)阻擋放電的不足。因此，介質(zhì)阻擋放電聯(lián)合催化法脫除VOCs廢氣已經(jīng)成為研究熱點。然而，有關(guān)介質(zhì)阻擋放電聯(lián)合催化脫除VOCs廢氣的研究大多只停留在實

2、驗室階段，處理氣量小，并不能真實反應(yīng)工業(yè)上大氣量VOCs廢氣的脫除效果。為此，本文提出并采用新型陣列式雙介質(zhì)阻擋放電(DDBD)聯(lián)合催化反應(yīng)器脫除大氣量甲苯(C7H8)廢氣，研究了反應(yīng)器的放電特性，考察了聯(lián)合催化脫除甲苯的影響因素和副產(chǎn)物(NOx和O3)，并分析了催化劑的表面產(chǎn)物和尾氣中的副產(chǎn)物，嘗試推導(dǎo)了聯(lián)合催化脫除甲苯的途徑，得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)輸出峰值電壓超過9 kV時，高壓電源的能量輸出效率可達95％以上。聯(lián)合

3、催化反應(yīng)器放電峰值電壓高于9 kV時，可以觀察到明顯的放電現(xiàn)象，且在放電峰值電壓為12.5 kV時，可以獲得均勻穩(wěn)定的放電現(xiàn)象。當放電峰值電壓為12.5 kV時，不同通風氣量對反應(yīng)器放電現(xiàn)象影響較小，而高濕度會顯著降低反應(yīng)器的放電現(xiàn)象，產(chǎn)生的紫外光較弱。反應(yīng)器的放電峰值電流隨著放電峰值電壓的升高而增加，且峰值電壓越高，增長率越大。室內(nèi)空氣相對濕度的改變會影響聯(lián)合催化反應(yīng)器的放電峰值電流，且在高放電峰值電壓時，其影響更為顯著。
　　

4、(2)聯(lián)合催化與單獨DDBD對甲苯廢氣的脫除效率均隨著甲苯初始濃度、通風氣量的增加而降低。室內(nèi)空氣相對濕度為55％時，聯(lián)合催化與單獨DDBD對甲苯廢氣的脫除效果均優(yōu)于相對濕度為85％。聯(lián)合催化與單獨DDBD對甲苯廢氣的脫除效率均隨著能量密度的升高而增加，相反，聯(lián)合催化與單獨DDBD脫除甲苯廢氣的能量效率均隨著能量密度的升高而降低?？傮w而言，甲苯廢氣的脫除效率順序為:聯(lián)合TiO2/Al2O3催化劑＞聯(lián)合Co/活性炭催化劑＞DDBD。聯(lián)合T

5、iO2/Al2O3催化劑對甲苯廢氣的最高脫除效率為98.5％，此時能量效率為8.64 g/kWh，對應(yīng)的工況條件為:室內(nèi)空氣相對濕度為55％，通風氣量為100 m3/h，甲苯初始濃度為50 mg/m3，放電盤間距為400 mm，能量密度為21.6 J/L。
　　(3)臭氧和二氧化氮的濃度均隨著甲苯初始濃度和通風氣量增加而降低，但隨著能量密度的增加而升高。有催化劑時，催化劑可以顯著降低臭氧和二氧化氮的濃度，其中Co/活性炭催化劑在降

6、低臭氧和二氧化氮濃度方面效果最顯著。當甲苯初始濃度為300 mg/m3，室內(nèi)空氣相對濕度為55％，通風氣量為100 m3/h時，聯(lián)合Co/活性炭催化劑脫除甲苯廢氣產(chǎn)生的臭氧濃度最低，為8.6 ppm;當甲苯初始濃度為50 mg/m3，室內(nèi)空氣相對濕度為85％，通風氣量為100 m3/h時，聯(lián)合Co/活性炭催化劑脫除甲苯廢氣產(chǎn)生的二氧化氮濃度最低，為12.7 ppm。
　　(4)XPS圖譜分析結(jié)果表明使用過的TiO2/Al2O3催化