等离子体降解有机物2.ppt

等离子体降解有机物 ——对甲醛，有机染料的降解 背景 甲醛等可挥发性有机化合物(VOCs)对人类的危害极大 生产排放的有机染料对水资源的污染很大，影响人类健康 利用等离子体可以较为高效的脱除降解VOCs和有机染料 等离子体 产生：让气态物质继续升温，由于物质分子热运动加剧，相互碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成自由运动并相互作用的正离子，电子和中性分子或原子以及辐射光子组成的混合物，即等离子体，也称为物质的第四态。其中正电荷约等于负电荷。又分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体。 ？？第五态？？性质会不会更好 等离子体性质 温度高，粒子动能大，化学性质活泼，作为带电粒子的集合体，具有类金属的导电性能。具有发光特性。 导电流体，又能维持宏观上的电中性。 作为一个带电粒子体系，其运动受到磁场的影响和支配。 一、介质阻挡放电等离子体对甲醛的脱除 脱除途径： 1、由放电产生的电子与H2O、O2等分子碰撞产生的O、H、OH、HO2等自由基所引发的脱除甲醛反应。 2、N2的振动激发态和电子亚稳态与甲醛分子直接碰撞脱除甲醛。 3、N2的振动激发态和电子亚稳态与H2O、O2等分子碰撞产生自由基，然后通过自由基反应间接脱除甲醛。 1.1 影响甲醛脱除的几个因素 1、输入放电能量密度 输入放电能量密度越大，则甲醛的脱除越高。因为随着外加电压的上升，电离所产生的富能电子数目就越多，那么对于一定参数的甲醛，甲醛分子与自由基相互碰撞的几率就上升，就使得脱除率上升。 2、不同的填充物 有介质填充到反应器时，放电的均匀性明显增加，原因是介质内部及介质之间有许多小空隙，容易产生丝状放电，放电均匀性的增加会导致脱除率的上升。 另外，填充物的加入会导致脱除率上升可能是由于甲醛分子吸附在填充物上而导致甲醛分子解离能的降低。 3、反应器内径 实验测得随着反应器内径的的增加，甲醛脱除率下降，这是因为在一定的空速下 (空速=每小时流经反应器的气体体积/放电区域体积），内径的增加，会导致气体流量的增加，甲醛分子的增多，但由于反应器内自由基的数量一定，那么不能脱除的甲醛分子就变得更多，所以脱除率会下降，但此时比能耗也在降低。 4、空速 对于一定的反应器，空速的上升，会导致甲醛分子在反应器内停留的时间下降，那么被脱除的几率也就下降，那么脱除率就会下降，但空速的提高会让反应器的自由基等充分参与脱除反应，比能耗会降低，脱除甲醛的绝对量也会上升。 5、甲醛初始浓度 甲醛初始浓度的上升，但对于一定参数的反应器，其内的自由基，富能电子和高振动激发态的N2等的量是一定的，会导致甲醛分子的脱除率降低。但此时的比能耗也在降低。 6、氧气的含量 当氧气的含量在0%~5%时，随着氧气含量的上升，甲醛脱除率也在上升，当氧气含量在5%~18%时，随着氧气含量的上升，甲醛脱除率却在下降。 之所以会有区别，是因为氧气的存在对于甲醛的脱除具有正负两种效应。 正效应：放电产生的富能电子与氧分子直接碰撞产生O自由基，O自由基非常活泼，可发生系列脱除甲醛的自由基反应。 负效应：富能电子也会与氧气分子发生电子附着反应，消耗了许多能量在5~8eV的电子，从而减少了自由基产量，导致脱除率下降。 正负两种效应是同时存在的，氧含量低时，正效应更明显，含量高时，负效应则更明显。 7、水含量 实验测得随着水含量的上升，甲醛脱除率也在上升。 水和氧气一样，也存在正负两种效应，但通常情况下，产生的正效应要大于产生的负效应。 8、无水无氧的影响 实验测得无水无氧时，也有较高的甲醛与脱除率，这就这说明了在介质阻挡放电等离子体脱除甲醛的过程中，除了自由基的反应外，还有其他的反应途径，这就是振动激发态的N2的和亚稳态电子的作用。 9、氧含量对产物中CO2、CO的影响 当氧含量18%时，产物中CO的产量大于CO2的产量，=18%时，两者大致相等，18%时，CO2的产量大于CO的产量，但此时氧含量的增大会导致甲醛脱除率的下降。 存在的不足: 虽然等离子体脱除甲醛具有很好的应用前景，但也存在一些不足：比如 1、脱除率和空速不够大，脱除率较大时空速却很小，空速较大时脱除率却不够高。 2、所需的电能消耗大，操作费用较高。 3、尾气中含有大量的CO副产物。 二、等离子体与催化结合氧化脱除甲醛 为了进一步提高甲醛脱除率并降低尾气中CO的浓度，在等离子放电区填充催化剂。 实验证明等离子体与催化剂具有协同效应，既能提高甲醛脱除率也能降低尾气中CO的浓度。 相关因素的影响： 1、不同系列的催化剂产生的效果不一样。Ag/CeO2的相对效果较好。其中HCHO、HCO和CO分子在催化剂表面上吸附并氧