介质阻挡放电处理甲醛气体的研究
介质阻挡等离子体反应器中的甲醛降解
（ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） Ｎａ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｕ ｅ ｉ
Ｄｅ ｅ ｅ ２ ｏ ｃ ｍｂ ｒ ｏ ８
文章编号 ： ００５５ ２ ０ ）２０ ５ —４ １０ －６ Ｘ（０ ８ １ ・０ ２ ０
介质阻挡等离子体反应器中的 甲醛降解 术
陈砺 代文 严 宗诚 王红林 成贝贝
１２ 实验 工 艺流 程 ．
实验 中含挥 发性 有机 物 的模 拟废 气 由经 过净 化
基金项 目：广东省科技计划项 目（ ０５ ５ １１０ ） 广东省 一教育部产学研合作项 目（０ ７ ００ ０ ０９ ２ ０ Ｂ ００ ０ １ ； ２ ０ Ｂ ９ ４ ０６ ） 作者简介 ：陈砺 （ ９ ８） 男 ， 士 ， １５ 一 ， 博 教授 ， 主要从事等离子体化学及生物质能研究． — ａｌ ｅｃｅ ＠ｓｕ．ｄ ．ｎ Ｅｍ ｉ ｌ ｈｎ ｃｔｅ ｕ ｃ ：ｃ ｉ
们用 于废气 和废 水 的治 理． 质 阻 挡放 电 （ Ｂ 是 介 Ｄ Ｄ） 产生 低温非 平衡 等 离 子 体 的一 种 较 理想 的方 法 ， 其 放 电均匀 、 稳定 ， 生 的 电子 能 量 较 高 ， 用前 景 良 产 应 好 ． 缪劲 松 等 用 介 质 阻挡 放 电 和 电晕 放 电两 种模 式脱 除 甲醛 ， 现 用 介 质 阻挡 放 电脱 除 甲醛 的 发 脱 除率 和能量 效率 都 比 电晕 放 电 的高 ． ｈｎ ¨ ＿ Ｃ ａｇ等 ０ 以 Ｎ 作 载气 ， 在冷 等离 子体介 质 阻挡放 电条件 下对 质量 浓度 为 ０ １ ｇｍ。的 甲醛气 体 进 行 分 解 （ 载 ． ／ ｍ 加
主 要考察 管 式 和平 板 式 两 种 典 型 反应 器 中放 电 电 压、 甲醛初 始 质量浓 度及 停 留时 间对 甲醛 降解 率 的 影 响 ， 分析 比较 了两种 反应 器 的降解能 耗 ， 为进 并 可
介质阻挡放电技术在vocs治理中的研究进展及其应用
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＷｉｔｈｔｈｅＶＯＣｓｃｏｎｔｒｏｌｇｒａｄｕａｌｌｙｂｅｃｏｍｉｎｇｏｎｅｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｗｏｒｋｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｒｅ ｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎＣｈｉｎａ，ｖａｒｉｏｕｓＶＯＣｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅｌａｔｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＤＢＤ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｇｅ．ＩｔｍａｉｎｌｙｕｓｅｓＤＢＤ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｎｄ ｐｏｓｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｔｏｔｒｅａｔｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｇａｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｆａｃｔｏｒｉｅｓｗｉｔｈｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗａｉｒｖｏｌ ｕｍｅａｎｄｓｏｍｅｓｐｅｃｉａｌｏｄｏｒｓ，ｓｕｃｈａｓＨ２Ｓ，ＮＨ３，ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｅｘｈａｕｓｔｇａｓｏｆｓｕｌｆｕｒｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒａｎｄｉｎ ｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｙｐｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＤＢＤｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓ ｗｅｌｌａｓｉｔｓｆｒｏｎｔｉｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆＶＯＣｓｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｕｒｒｅｎｔｍａｒｋｅｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ＤＢＤｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｏｄｏｒｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅ ｍａｒｋａｂｌｅ．Ｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｅｍｉｓｓｉｏｎｓｍｅｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｓ．
放电等离子体驱动下甲醛的光催化降解
放电等离子体驱动下甲醛的光催化降解陈砺;区瑞锟;严宗诚;王红林;马振【摘要】采用介质阻挡放电等离子体结合TiO2光催化剂降解甲醛气体,在不同的放电电压下考察了催化剂载体、焙烧温度以及过渡金属离子掺杂对甲醛降解效果的影响.结果表明:TiO2/γ-Al2O3光催化剂的填充能显著提高甲醛的降解率和产物的选择性;甲醛降解率随放电电压的升高而增大,随焙烧温度的升高而下降,当焙烧温度为400℃、放电电压为20.7kV时,甲醛降解率高达83.8%;放电等离子体驱动锐钛矿型TiO2对甲醛的降解效率要优于驱动金红石型TiO2;在TiO2上掺杂Mn离子后,甲醛降解率比等离子体单独作用时提高了45.7%,同时降解产物中CO与CO2质量浓度之比以及O3生成量分别降低了42.5%和39.4%.%This paper deals with the photocatalytic degradation of formaldehyde driven by dielectric barrier discharge plasma, with TiO2 as the photocatalyst, and reveals the effects of discharge voltage, catalyst support, calcination temperature and transition metal ion doping on the degradation efficiency. The results indicate that photocatalyst TiO2/γ-Al2O3 significantly improves the degradation rate of formaldehyde and the product selectivity, that the degradation rate increases with the discharge voltage but decreases with the increases in calcination temperature,that the degradation rate is up to 83.8％ at a discharge voltage of 20. 7 kV and a calcination temperature of 400 ℃,that the plasma-driven anatase TiO2 system is of a degradation efficiency higher than that of the plasma-driven futile one, that, with the doping of Mn ions, the degradation rate of the plasma-driven systemincreases by 45.7％, while the mass concentration ratio of CO to CO2 as well as the amount of O3 respectively decrease by 42.5％ and 39.4 ％.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)001【总页数】6页(P68-73)【关键词】介质阻挡放电;等离子体;光催化;甲醛;Mn离子掺杂【作者】陈砺;区瑞锟;严宗诚;王红林;马振【作者单位】华南理工大学,化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学,化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学,化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学,化学与化工学院,广东,广州,510640;华南理工大学,化学与化工学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】X511;TQ426甲醛是一种挥发性有机化合物(VOC)，具有强烈的毒副作用，能对人体造成多种伤害，已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质.甲醛广泛应用于塑料、橡胶、树脂以及胶合板的生产中，以树脂为粘合剂的各种人造板是室内装修必不可少的材料，它们会释放出大量的甲醛，造成室内空气污染.据统计，装修半年内，室内甲醛超标率达80%以上，装修3年后，超标率仍达50%以上［1］.在控制室内空气污染方面，介质阻挡放电(DBD)等离子体技术与光催化氧化技术都具有诱人的应用前景与发展空间;但目前，单一的DBD等离子体技术面临能耗偏高、放电过程可能会产生一些不良副产物等问题，而单一光催化氧化技术则存在太阳能利用率低、难以处理大气量有机废气等障碍［2-3］.若在DBD反应器内填充光催化剂，利用气体放电产生的高能电子、自由基以及紫外光驱动光催化剂，将很可能实现DBD等离子体－光催化的协同作用，从而克服单一技术存在的缺陷［4-6］.Oda等［5］发现光催化剂的填充可以有效提高等离子体反应器的能量效率;黄碧纯等［6］采用介质阻挡放电－光催化降解甲苯，发现能量密度、气体流量、放电时间以及内电极直径等均对降解效果产生影响.目前多数相关研究主要从放电参数、反应器结构等直接影响等离子体场的因素出发促成DBD技术与光催化技术的结合，鲜有通过改善光催化剂制备条件或者通过光催化剂改性来提高光催化剂活性，从而增强DBD等离子体－光催化协同作用的报道.文中采用平板式DBD等离子体反应器，考察了催化剂载体、光催化剂晶型和晶粒尺寸，以及过渡金属离子掺杂等对甲醛降解率和降解产物的影响，以探讨放电等离子体驱动光催化体系中光催化剂性能对等离子体－光催化协同作用的影响.1 实验部分1.1 光催化剂的制备以钛酸四丁酯、乙醇为原料，以玻璃珠或γ-Al2O3小球为载体，采用溶胶－凝胶法制备二氧化钛光催化剂.先将钛酸四丁酯和乙醇按一定比例混合，在均匀搅拌条件下滴加到乙醇、去离子水和硝酸的混合溶液中，水解后形成稳定的溶胶.依次用一定浓度的硝酸和氢氧化钠溶液处理玻璃珠或γ-Al2O3小球，洗涤至中性后烘干，室温下冷却.将处理过的载体浸入到溶胶中，搅拌后浸泡30 min，取出置于100℃烘箱中烘干，室温下冷却后多次重复上述浸泡、烘干过程，然后在适当温度下焙烧3h，制得TiO2/玻璃珠或TiO2/γ-Al2O3光催化剂.如果没有特别说明，文中制备光催化剂的焙烧温度均为400℃.在制备TiO2/γ-Al2O3过程中，将钛酸四丁酯和乙醇混合后，均匀滴加到乙醇、去离子水、硝酸以及一定浓度的硝酸锰溶液中，然后再依次进行载体的负载和焙烧，便可制得Mn/TiO2/γ-Al2O3光催化剂.1.2 光催化剂的表征1.2.1 比表面积测定采用ASAP2010M型快速比表面积及孔径分布测定仪(美国麦克仪器公司)，以高纯N2作为吸附质对光催化剂进行比表面积(BET)分析.1.2.2 X 射线衍射分析采用D/max-IIIA型全自动X射线衍射仪(日本理学公司)进行X射线衍射(XRD)分析，选用Cu Kα射线，电压36kV，电流20mA，波长0.154 nm，扫描范围10°～70°，扫描速度4°/min.1.3 实验流程及仪器装置实验使用经过净化的空气为载气，将载气通入甲醛发生装置(甲醛气体由三聚甲醛热催化分解而制得)中，携带甲醛气体后，经过气体缓冲装置进入DBD等离子体反应器中进行降解反应.实验中，通过调节气体流速及水浴温度来控制甲醛的质量浓度，一段时间内可认为空气携带的甲醛质量浓度恒定.采用VIS-723G型可见光光度计(北京瑞利分析仪器公司)检测甲醛质量浓度;降解产物中的CO2、CO及O3含量分别由FGA-4015型废气分析仪(佛山分析仪器有限公司)与固定式臭氧监测仪(北京科尔兴科技有限公司)检测.实验流程如图1所示.实验采用平板式DBD反应器，介质层为1 mm厚的石英板，电极距离为4 mm;在石英板的上下表面分别粘贴锡箔纸作为高压电极;光催化剂填充在两块石英介质之间.高压交流电源(自制)的高频可调，电压为0～45kV.图1 实验流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the experimental procedure 2 结果与讨论2.1 放电前后光催化剂的表征2.1.1 比表面积分析放电前后TiO2/γ-Al2O3光催化剂的比表面积如表1所示.由BET表征结果可以看出，本实验制得的光催化剂具有较大的比表面积.在参与甲醛降解反应后，光催化剂的比表面积和平均孔径略有下降，这可能是由于催化剂在反应中吸附了部分副产物从而造成孔的堵塞，或者是反应造成了孔结构的坍塌.表1 放电前后TiO2/γ-Al2O3的比表面积、总孔容及平均粒径Table 1 Specific surface area，total pore volume and average pore diameter of TiO2/γ-Al2O3before and after discharge测试阶段比表面积/(m2·g－1)平均孔径/nm放电前总孔容/(cm3·g－1)200.73 0.75 1.27放电后200.21 0.75 0.992.1.2 晶型分析图2为放电前后TiO2光催化剂的XRD谱图.由图2中可以看出，放电前后TiO2光催化剂的XRD谱图几乎完全吻合，2θ为25.28°、37.80°、47.95°、53.97°、62.64°处出现的均是锐钛矿型TiO2的特征峰，其中25.28°处出现的最强衍射峰是锐钛矿型TiO2的晶面特征衍射峰.这说明介质阻挡放电对光催化剂的晶型没有影响，放电前后TiO2均为锐钛矿型.这是因为等离子体放电时，电场中的宏观温度为200～300℃，不足以引起TiO2晶型的转变.图2 放电前后TiO2的XRD谱图Fig.2 XRD patterns of TiO2samples before and after discharge2.2 放电电压及催化剂载体对甲醛降解率的影响在电源频率为6.2 kHz、甲醛初始质量浓度为0.13mg/m3、气体流速为2 L/min的实验条件下，分别考察了DBD等离子体单独作用、等离子体结合γ-Al2O3载体、等离子体驱动TiO2/γ-Al2O3以及等离子体驱动TiO2/玻璃珠4种情况下，放电电压(U)对甲醛降解率(η)的影响，实验结果如图3所示.由图3中可知，4种情况下，甲醛降解率均随着放电电压的升高而提高，当电压升高到19.7 kV后，甲醛降解率的变化趋于平缓.原因为，放电电压升高导致放电空间的电场强度增强，高能粒子的数量和能量水平随之增大，因而甲醛分子在反应器中受到高能粒子的轰击几率增大，降解率提高;随着电压的继续增大，放电更加剧烈，甲醛体系中的自由基趋于饱和状态，其与甲醛分子之间的碰撞达到相对平衡，所以甲醛降解率的变化逐渐趋于平缓.图3 催化剂载体对甲醛降解率的影响Fig.3 Effect of catalyst support on the degradation rate of HCHO与DBD等离子体单独作用相比，填充光催化剂后，甲醛降解率明显提高.在电压为20.7 kV时，填充TiO2/γ-Al2O3光催化剂的甲醛降解率为83.8%，高于DBD等离子体单独作用下的60.6%，以及仅填充γ-Al2O3载体时的73.0%.由此可见，放电等离子体能够很好地驱动TiO2光催化剂发生作用，这与文献［4］的研究结果是一致的.TiO2的价带和导带间的能级相差3.2 eV，介质阻挡放电能产生大量能量高于3.2 eV的高能电子以及紫外光，足以激发TiO2的价带电子从禁带跃迁至导带，形成高活性的电子－空穴对，直接氧化吸附在光催化剂表面的甲醛分子，或与水及氧气反应产生·OH，再与甲醛分子反应，从而将甲醛脱除.由图3中还可知，在相同的放电电压下，当负载相同的光催化剂时，用γ-Al2O3作载体时的甲醛降解率明显要高于用玻璃珠作载体时的甲醛降解率.分析其原因可知，γ-Al2O3是多孔结构，有较高的空隙率，实验制得TiO2/γ-Al2O3光催化剂的比表面积为200.73m2/g，远远高于TiO2/玻璃珠(其比表面积为91.68m2/g)，因而其在降解过程中既能更好地富集甲醛分子，增加其在反应区的停留时间，又能更好地吸附等离子体放电产生的大量短寿命活性物质，强化微孔结构表面的多相降解反应.γ-Al2O3粗糙的表面和大量的微孔还有助于降低介质表面的放电电压，有利于聚集更多的极化电荷，形成更多的局部电场，从而使气体放电更易发生，等离子体能更好地驱动光催化剂发挥作用.2.3 光催化剂焙烧温度对甲醛降解率的影响TiO2/γ-Al2O3光催化性能的优劣取决于催化剂的制备过程，其中最为重要的是在制备过程中选择合适的焙烧温度，因为焙烧温度的变化会引起光催化剂晶型的转变.对实验制得的TiO2样品作XRD表征，并根据Scherrer公式计算晶粒尺寸，测试结果如表2所示.实验结果表明:当焙烧温度低于400℃时，TiO2为非晶态结构;随着焙烧温度的升高，纳米TiO2的粒径逐渐增大，XRD谱图中的衍射峰逐渐变窄且强度增大;当焙烧温度升高到600℃时，开始发生晶型转变，出现金红石相;继续提高焙烧温度，更多的锐钛矿型TiO2转变为金红石型TiO2.表2 不同焙烧温度下TiO2样品的晶型与粒径Table 2 Crystalline phase and crystallite size of TiO2samples calcined at different temperatures焙烧温度/℃ 晶型平均粒径/nm 300 非晶态—400 锐钛矿 8.1500 锐钛矿 13.4600 锐钛矿，金红石 20.1700 锐钛矿，金红石 29.9800 锐钛矿，金红石42.6放电等离子体协同不同焙烧温度下制备的光催化剂降解甲醛的实验结果如图4所示.从实验得知，在其他实验条件相同的条件下，随着焙烧温度的升高，放电等离子体驱动光催化处理甲醛的降解率下降.当放电电压为20.7kV时，在等离子体区域填充800℃下焙烧制得的TiO2/γ-Al2O3，甲醛降解率仅为61.8%，较400℃时下降了26.3%.分析原因可知，400℃焙烧制得的纳米TiO2平均粒径只有8.1 nm，具有明显的尺寸量子效应，纳米TiO2的能隙变宽，氧化还原势增大，因而光催化反应的驱动力增大，与等离子体协同作用更好;随着焙烧温度的升高，TiO2的粒径逐渐增大，尺寸量子效应会减弱甚至消失［7］;而且，粒径越大，电子从体内扩散到表面的时间也会越长，电子－空穴的复合几率就越大，从而导致电荷分离效果差，催化活性降低.图4 光催化剂焙烧温度对甲醛降解率的影响Fig.4 Effect of calcination temperature of photocatalyst on the degradation rate of HCHO结合以上分析可知，放电等离子体驱动锐钛矿型TiO2对甲醛的降解效率最高，其次为金红石与锐钛矿的混合型;金红石型TiO2光催化剂的处理效果最差.除了尺寸量子效应的影响外，协同催化氧化作用效果的差异还与锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2八面体结构的畸变程度以及八面体间相互连接方式的不同有关.锐钛矿型TiO2晶体的密度略小于金红石型，但其带隙能却大于金红石型，这种结构差异使得锐钛矿型TiO2表面羟基化程度更高，吸附甲醛分子和氧气的能力更好，催化性能远远好于金红石型TiO2，因而与等离子体协同降解甲醛的效果最好.2.4 Mn离子掺杂对甲醛降解效果的影响在TiO2光催化剂上掺杂过渡金属Mn离子对甲醛降解率的影响如图5所示.由图5可知，掺杂Mn离子后，甲醛降解率得到进一步的提高.当放电电压为20.7kV时，Mn/TiO2/γ-Al2O3光催化剂在等离子体中具有很好的催化活性，甲醛降解率高达88.3%.这主要是因为掺杂可以使TiO2形成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化活性中心;而过渡金属离子更可成为光生电子和空穴的捕获势阱，减小光生电子－空穴的复合概率;而且，适当的离子掺杂还可将TiO2吸收边带“红移”，使得TiO2光催化剂具有可见光的催化活性，从而提高光催化反应的效率［8］.图5 Mn离子掺杂对甲醛降解率的影响Fig.5 Effect of Mn ion doping on the degradation rate of HCHO图6显示了在放电区域填充光催化剂后降解产物中CO与CO2质量浓度之比(ρ(CO)/ρ(CO2))随放电电压的变化.随着放电电压的增大，ρ(CO)/ρ(CO2)值均降低，即CO2的选择性随放电电压的升高而增大.这是因为，放电电压增大，活性氧原子的浓度增加，CO被氧化从而转化为CO2.图6 Mn离子掺杂对ρ(CO)/ρ(CO2)的影响Fig.6 Effect of Mn ion doping onρ(CO)/ρ(CO2)由图6中还可知，放电等离子体驱动光催化可以很好地改善CO2的选择性，在TiO2上掺杂Mn离子后，改善效果更为明显，当放电电压为20.7 kV时，ρ(CO)/ρ(CO2)值较等离子体单独作用时降低42.5%.根据Ding等［9］提出的等离子体－催化协同氧化模型，可推测，Mn离子在介质阻挡放电－光催化作用所产生的活性氧物种或者HO2·自由基的作用下，可以很好地实现图7所示的氧化－还原循环.也就是说，除了MnO2和TiO2都有各自的催化活性外，反应体系中可能还存在着MnO-MnO2氧化还原反应释放出氧原子氧化吸附态的甲醛以及CO的作用，使得掺杂Mn离子后，体系存在高能粒子碰撞、TiO2光催化、Mn离子氧化－还原循环等多重作用，甲醛降解率以及CO2的选择性均得到了进一步的提高. 图7 等离子体作用下Mn离子参与氧化CO的推测模型Fig.7 Possible mechanism of CO oxidation in the presence of Mn ion and plasmaO3是低温等离子体降解甲醛的有害副产物.实验发现，在等离子体反应器中添加光催化剂，特别是Mn/TiO2/γ-Al2O3光催化剂，可以有效抑制O3的生成，相应的结果如图8所示.在放电电压为20.7 kV时，DBD等离子体单独反应时的 O3生成量为470.32mg/m3，而填充Mn/TiO2/γ-Al2O3 光催化剂后O3生成量仅为284.89 mg/m3，较前者降低了39.4%.对比图3、5和8可以发现，光催化剂对甲醛高的降解率伴随着对O3生成的高抑制性.由此推测，甲醛降解率的提高除了TiO2的光催化作用外，还与O3在光催化剂或者催化剂载体表面的吸附分解有关.O3在等离子体和紫外光的作用下，发生了如图9所示的吸附分解机制(虚线表示粒子在等离子体场中发生了反应，实线表示分子被光催化剂吸附)，产生活性氧物种(O*、O*2等)，在活性氧物种的强氧化作用下，甲醛分子被深度氧化分解.关绣娟、Harling等［10-11］在等离子体协同催化降解各种VOC的实验中均发现，挥发性有机物的降解是长寿命物种O3和短寿命活性物种共同作用的结果，这为文中推测提供了证据.比较TiO2/γ-Al2O3、Mn/TiO2/γ-Al2O3两种光催化剂，可以进一步推测，光催化剂对O3的吸附分解能力越强，甲醛的降解效果越好.因而，在介质阻挡放电驱动光催化作用系统中，还可以进一步寻找适当的金属离子掺杂到TiO2光催化剂中，使得催化剂具有更强的O3吸附分解能力，这样既有助于甲醛等有机废气的降解，又能减轻因O3作为最终产物排出而造成的二次污染.图8 Mn离子掺杂对O3生成量的影响Fig.8 Effect of Mn ion doping on the formation amount of O3图9 臭氧在光催化剂表面的吸附分解Fig.9 Decomposition of ozone on the surface of photocatalysts3 结论文中考察了DBD等离子体结合光催化剂降解甲醛的作用效果，得到如下结论: (1)介质阻挡放电对TiO2光催化剂的晶型没有影响.光催化剂在DBD等离子体作用下表现出良好的光催化活性;与等离子体单独作用相比，放电等离子体驱动光催化时甲醛的降解率明显提高，降解程度也大大加深.(2)甲醛降解率随放电电压的升高而增大，当放电电压升高到19.7 kV后，降解率的变化趋向缓和;提高放电电压可以增大CO2的选择性，但O3生成量也会随之增大.随着焙烧温度的升高，纳米TiO2的粒径逐渐增大，TiO2的晶型逐渐由锐钛矿型向金红石型转变，等离子体驱动光催化处理甲醛的降解率逐渐下降.在TiO2上掺杂Mn离子可以进一步提高等离子体－光催化作用效果和产物选择性.参考文献:［1］田世爱，于自强，张宏.室内甲醛污染状况调查及防治措施［J］.洁净与空调技术，2005(1):41-44.Tian Shi-ai，Yu Zi-qiang，Zhang Hong.Investigation and prevention of indoor formaldehyde pollution［J］.Contamination Control and Air-Conditioning Technology，2005(1):41-44.［2］陈砺，代文，严宗诚，等.介质阻挡放电等离子体反应器中的甲醛降解［J］.华南理工大学学报:自然科学版，2008，36(12):52-55.Chen Li，Dai Wen，Yan Zong-cheng，et al.Degradation of formaldehyde in dielectric barrier discharge plasma reactor［J］.Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition，2008，36(12):52-55.［3］ Zhang P Y，Liang F Y，Yu G，et al.A comparative study on decomposition of gaseous toluene by O3/UV，TiO2/UV，and O3/TiO2/UV ［J］.Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry，2003，156(1/2/3):189-194.［4］ Kim H H，Lee Y H，Ogata A，et al.Plasma-driven catalyst processing packed with photocatalyst for gas-phase benzene decomposition 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介质阻挡放电协同催化技术去除挥发性有机物实验研究的开题报告
介质阻挡放电协同催化技术去除挥发性有机物实验研究的开题报告一、研究背景随着工业化的加速和人类生活水平的提高，挥发性有机物（VOCs）的排放量也越来越多。
这些VOCs不仅对环境造成了污染，还可能对人的健康产生不利影响。
因此，研究有效的VOCs治理技术具有重要意义。
介质阻挡放电（DBD）和催化技术在VOCs去除方面得到了广泛的应用。
介质阻挡放电可以产生等离子体，从而实现VOCs的降解；而催化技术则可以通过催化剂对VOCs进行催化氧化降解。
而将介质阻挡放电和催化技术结合使用，则可以实现更高效的VOCs去除效果。
二、研究内容与目的本研究旨在研究介质阻挡放电协同催化技术去除VOCs的效果，并探究其工艺参数对效果的影响。
具体内容包括：1. 选择合适的DBD反应器及催化剂；2. 通过实验验证DBD协同催化技术对VOCs去除效果；3. 探究不同工艺参数（如DBD电压、催化剂种类与用量等）对降解效果的影响；4. 比较DBD协同催化技术与单一技术（DBD或催化）的去除效果。
三、研究方法1. 实验仪器：选用一台自行设计的滑动放电反应器，反应器底部预留孔口以实现催化剂的注入和排出；催化剂选用金属氧化物类材料，如MnO2；2. 实验流程：加入一定量的VOCs（如甲苯、乙苯等）进入反应器，根据实验设计选择不同的DBD电压、催化反应时间和催化剂用量等；3. 实验数据处理：通过气相色谱仪对VOCs的去除效果进行测试，并对实验数据进行统计分析。
四、研究意义该研究对于推广DBD协同催化技术在VOCs治理过程中的应用有重要的意义。
通过研究DBD协同催化技术的工艺参数，可以获得最优的工艺方案，提高VOCs去除率。
同时，该研究还可以为VOCs治理技术的进一步优化提供参考。
介质阻挡放电实验报告
一、实验目的1. 了解介质阻挡放电（DBD）的基本原理和特性；2. 掌握介质阻挡放电实验装置的搭建和操作方法；3. 研究不同工作气体、电极材料和电源频率对介质阻挡放电的影响；4. 分析介质阻挡放电产生的等离子体参数，如电子密度、气体温度等。
二、实验原理介质阻挡放电是一种非平衡态气体放电，其基本原理是在两个电极之间插入一层绝缘介质，当施加足够高的电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电。
放电过程中，气体分子在电场作用下发生电离和复合，形成等离子体。
三、实验装置1. 介质阻挡放电实验装置：包括两个电极、绝缘介质、高压电源、电流电压表、气体流量计等；2. 实验气体：空气、氮气、氩气等；3. 电极材料：不锈钢、铝、铜等；4. 电源频率：50Hz、100kHz、1MHz等。
四、实验步骤1. 搭建实验装置，确保电极、绝缘介质、高压电源等部件连接正确；2. 选择实验气体，调节气体流量；3. 设置电源频率，调整电压；4. 观察放电现象，记录电流、电压数据；5. 改变实验条件（如工作气体、电极材料、电源频率等），重复实验步骤；6. 分析实验数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. 不同工作气体对介质阻挡放电的影响实验结果表明，在相同条件下，空气的放电效果最好，其次是氮气和氩气。
这是因为空气中的氧气和氮气分子在电场作用下更容易发生电离和复合，从而产生更多的等离子体。
2. 不同电极材料对介质阻挡放电的影响实验结果表明，不锈钢电极的放电效果较好，其次是铝和铜。
这是因为不锈钢具有较高的电阻率和耐腐蚀性，有利于产生均匀的等离子体。
3. 不同电源频率对介质阻挡放电的影响实验结果表明，在相同条件下，100kHz的电源频率放电效果最佳，其次是50Hz和1MHz。
这是因为100kHz的电源频率有利于产生稳定的等离子体，降低气体温度，提高等离子体的质量。
4. 等离子体参数分析通过实验数据，可以计算出等离子体的电子密度和气体温度。
实验结果表明，等离子体的电子密度和气体温度随着电压的升高而增加，但受电源频率和工作气体的影响较大。
介质阻挡放电协同光催化降解有机废气的研究
介质阻挡放电协同光催化降解有机废气的研究
近年来，环境污染和有机废气排放问题日益突出，因此寻找有效的治理方法成为关键。
介质阻挡放电和光催化技术是两种有效的废气处理技术，它们分别通过电晕放电和光催化作用来降解有机废气。
介质阻挡放电是一种常用的气体净化技术，它通过电晕放电产生的活性物种（如O3、OH·、O2-·）来氧化降解有机废气。
然而，介质阻挡放电的能量消耗较高，同时还存在电极磨损和产生雾化液滴等问题。
为了提高介质阻挡放电技术的效果，研究人员结合光催化技术，采用光催化材料作为介质阻挡放电的电极材料。
光催化材料具有较高的光催化活性，可以提供额外的光能激发电晕放电产生的活性物种。
此外，光催化材料还可以吸附有机废气，增加废气与活性物种的接触机会，从而提高降解效率。
研究结果表明，介质阻挡放电协同光催化可以显著提高有机废气的降解效率。
光催化材料的引入不仅增加了活性物种的产生，还提高了有机废气的吸附和降解速度。
此外，协同作用还可以减少电极磨损和液滴生成等问题，延长设备的使用寿命。
总而言之，介质阻挡放电协同光催化技术在有机废气治理中具有广阔的应用前景。
研究人员可以进一步优化材料的性能和设备的结构，以提高降解效率和经济性。
这将有助于减少大气污染物的排放，改善环境空气质量。
放电等离子体处理室内甲醛的研究
甲醛 （ ｏｍａｄ ｈ ｄ ， ＨＣ Ｆ ｒ ｌｅ ｙ ｅ ＨＯ）属 于 高 挥 发
起 恶 心 、呕吐 、咳嗽 、胸 闷、气喘甚 至肺 气肿 ；当 空气 中达到 ２ ０ｍｇ ｍ 时可 当即导致 死亡 ［ ］ ３ ／ ４ 。可
性 有机化合 物 ，在 常温 常压条 件下极 易挥发 ，成 为
４ ０７ ３ ０ ４；２ Ｊａ ｇ ｕＣｈ ｎ ｚ ｏ ｇ ｅ ｃ ｔ ｎ ｌ ｃ ｏ ｌ ｆＣｏ ｓｒ ｃｉｎ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ １ ０ ６，Ｃｈｎ ） ． ｉｎ ｓ ａ ｇ ｈ ｕ Ｈｉｈ ｒＶｏ ａ ｉ ａ ｈ ｏ ｎ ｔｕ ｔ ， ｏ Ｓ ｏ ｏ ａ ｇ ｈ ｕ２ ３ １ ｉａ
ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔｐ ａ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｆ ｃ ｙ ｆ ｒｔ ｅ ｉ ｄ ｏ ｏ ｍａ ｄ ｈ ｄ ｉｐ ｓ １ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ ｌｓ ８ ａ ｆｅ ｔｗａ ｏ ｈ ｎ ｏ ｒｆ ｒ ｌ ｅ ｙ ｅ ｄ ｓ ｏ ａ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｐ ａ ｍａ ｆ ｒ ｌ ｅ ｙ ｅ ｄ ｇ ａ ａ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｃ ａ ｇ ｌ ｓ ； ｏ ｍａ ｄ ｈ ｄ ； ｅ ｒ ｄ ｔ ｏ
ｈ ｄ ｏ ｃｎ ｒｔｏ ｙ ｅｃ ｎ ｅห้องสมุดไป่ตู้ｔａｉｎ， ｄｓ ｈ ｒ ｅｖ ｌ ｇ ， ｔｅ ｔ ｎ ｉ ， ｅ ｃ ｏ ｈ ｉｐ ｓ ｄ ｒ ｔ ｆｆ ｒ ｌ ｅ ｙ ｅ Ｔｈ ｉｃ ａ ｇ ｏ ｔ ｅ ｒａ ｍｅ ｔｔｍｅ ａ ｔ． ｎ ｔ ｅｄｓ ｏ ｅ ａｅ ｏ ｏ ｍａｄ ｈ ｄ ． ｅ
Ｉ ｏ ｒ Ｆｏ ｍ ａ ｄ ｈ ｄ ｃ ｍ ｐ ｓｔｏ ｙ Ｄｉ ｌｃ ｒ ｃ Ｂａ ｒ ｅ ｓ ｈ ｒ ｅ ｎｄ ｏ ｒ ｌ ｅ ｙ ｅ Ｄｅ ｏ ｏ ｉｉ ｎ ｂ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒ ｉ ｒ Ｄｉｃ ａ ｇ
强电离放电降解甲醛的研究
强电离放电降解甲醛的研究安徽农业科学,JoumalofAnhuiAgri.Sci.2010,38(2):877—879责任编辑张彩丽责任校对况玲玲强电离放电降解甲醛的研究欧红香,窦鹏,依成武,邵学军,刘洋(江苏大学环境学院,江苏镇江212013)摘要[目的]研究强电离放电降解甲醛的效果.[方法]采用强电离放电的方法产生羟基自由基(0H?),进行不外加吸收剂和催化剂的甲醛脱除试验,分别研究甲醛气体初始浓度,气体流量,停留时间,外加电压等因素对甲醛降解效率17的影响.[结果]随着HCHO初始浓度的增加,HCHO分子与活性粒子碰撞,反应的机率减小,"-3HCHO初始浓度大于500me,/m,甲醛净化效率,7下降幅度增大.降解过程中随着停留时间的增加,去除效率叼增大,0.6s以后田增加不明显,停留时间以0.4～0.5s为宜.降解过程中,气体流量Q对甲醛的净化效率田也有较大的影响,随着Q的增加,下降明显.等离子体反应器外加电压u的变化对降解效率有显着影响,可在等离子体反应器能承受的电压3.6kV内,通过大幅度提高外加电压能够提高降解效率.降解过程中,没有任何有机气体产生,甲醛的降解效率可达85%以上.『结论1强电离放电降解甲醛可有效去除HCHO,且反应过程不需外加吸收剂和催化剂,无二次污染.生成产物是CO2和H20.关键词强电离放电;羟基;甲醛降解中图分类号X505文献标识码A文章编号o5l7—661l(2010)02—00877一o3 StudyonFormaldehydeDegradationby0H?UsingStrongIonizationDischarge OUHong?xiangetal(SchoolofEnvironment.UniversityofJiangsu,Zhenjiang,Jiangsu212 013)Abstract[Objective]111eresearchaimedtostudytheeffectsofformMdehydedegradationus ingstrongionizationdischarge.【Method]Amajori-tvofgasmoleculesintheairsuchasOandH,Owereionizedandmadeinto0H?ofhighconcentr ationusingstrongionizationdischargemethod toCalTyoutformaldehyderemovalexperimentwithoutcatalystandabsorbent.Andsomefac torssuchasinitialconcentration,gasflow,residencetime.appliedvoltagewhichaffectedtheformMdehyderemovalefficiencywerestudied.【ResultI111eresultsshowedthatastheinitialconcentration offormaldehydeincreased.theprobabilitiesofcollisionandreactionbetweenformaldehyde andactivemoleculesdecreased.Whenitwashigherthan500mg/m,thedecreaserangeofformaldehyderemovalefficiency()increased.Duringt heprocessofformaldehydedegradation,astheres? ideneetimeinereased,"increased.After0.6s.theincreaseof"becameuneonspieuous,andthe suitableresidencetimewas0.4—0.5s.Atthesametimegasflow(Q)hadgreatimpactsone/,Qincreased,"decreasedsignificantly.Applied voltage(U)ofplasmareactorhadobviousimpactson7"/,whenUincreasedobviouslyduring3.6kV,田couldberaised.Duringtheprocessofformaldehydedegradation,therewasnootherorganic gasgenerated,and'qcouldreachedhigherthan85%.[Conclusion]Undertheconditionofnor maltemperature,non—catalystandnon—absorbent, formaldehydewasdirectlyoxidizedintoCO2andH2Oinplasmareactor.Ithadrealizedresou rceutilizationwithoutsecondpollution.KeywordsStrongionization;Hydroxyl;Formaldehydedegradation甲醛(HCHO)为较高毒性的物质,在我国的化学品优先控制名单上高居第二位,被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质,也是潜在的强致突变物之一.传统的处理方法存在着不适于处理低浓度有机废气,装置体积大,停留时间长等问题.而强电离放电等离子体降解甲醛技术不仅去除效率高,而且能将甲醛气体最终降解为CO,和H,O,从而不会产生二次污染.1强电离放电降解甲醛的机理在强电离放电中,电子获得的平均能量在10eV以上,该能量可在很短的时间内将大部分气体分子电离,分解,产生高浓度的羟基自由基(OH?),足以满足将HCHO氧化成CO,和H,O的需要.试验采用强电离介质阻挡放电等离子体反应器.当反应器内外电极问施加足够高的电压时,在放电通道内就会发生介质阻挡放电(DBD),作用于一定流量一定浓度的甲醛气体,将产生大量活性粒子,如电子,自由基,激发态分子等,并引发一系列的反应使甲醛分解..强电离放电中,OH?的浓度对甲醛的降解作用十分重要,每增加100eV能量时,能发生3个水合离子分解反应.强电离放电产生OH?数目高于弱电离放电lO余倍,是制取OH?有效的方法之一基金项目国家自然科学基金资助项目(50578020);江苏省自然科学基金项目(BK2008248).作者简介欧红香(1976一),女,湖南宜章人,博士,讲师,从事环境科学与工程研究.通讯作者,E—mail:yichengwu0943@163.corn.收稿日期2009-09—10甲醛分子由于受高能电子的碰撞,基态的分子会激发成激发态的甲醛分子HCHO?;同时甲醛分子中的c—H键(键能424.6kJ/mo1)比c一0一H键容易断裂,因而容易形成?CHO自由基,并发生一系列反应,而?CHO在吸收了能量后,最终与羟基反应生成CO和H0.2材料与方法2.1工艺流程试验工艺流程如图1所示.专注:1.空气泵;2.玻璃三通阀;3～4.玻璃转子流量计;5.过滤瓶(内含甲醛液体);6.恒温水浴锅;7.配气装置;8.等离子体反应器;9.高压脉冲电源;10.Q3一v型电压表.Note:l,Airpump;2,Three-wayassstopcock;3—4,Glassrotame- ter;5,Filteringflask(includeformaldehydeliquid);6,Ther. mostatwaterbath;7,Airdistributingdevice;8,Plasmareac.tor;9,Pulsedhigh?voltagesupply;10,Q3-vvoltmeter.图1强电离放电降解甲醛试验流程Fig.1Thetestflowofformaldehydedegradationbyng strongionizationdischarge2.2试验装置试验使用的等离子体反应装置,其反应室有效容积为100mm×190mm×2mm,放电间隙为lmm,反878安徽农业科学应器采用轴流风机散热.配气装置主要通过空压机将一定量的空气,甲醛气体和水蒸气按一定比例混合成试验用的模拟烟气.2.3测量方法采用美国IQ100o型甲醛气体测试仪测量反应前后模拟烟气中甲醛气体的含量;采用Q3.V型电压表测量等离子体反应器的外加电压;气体流量由玻璃转子流量计直接读出.2.4中间产物分析方法采用GC-2010(岛津)气相色谱仪来分析在试验过程中是否产生其他有机废气.气相色谱仪的毛细血管柱为RTX-5;其他条件分别为:进样口温度200 ℃,FID检测器温度300℃,升温程序50℃,保温10min,分流比10:l.先利用恒流采样器采集等离子体反应器反应之前和反应之后的烟气吸收到乙醚溶液中,并利用进样针取1m溶液进到气相色谱仪进行分析.3结果与分析3.1甲醛初始浓度对降解效率的影响分别取HCHO浓度为420,440,470,510,570,640mg/m的模拟烟气,外加电压为3.4kV,频率/为5kHz,气体在反应器中的停留时间t为0.342s,气体流量Q为0.4m/h.HCHO的初始浓度对去除效率的影响如图2所示.由图2可见,当为420mg/m时,叼达92.3%;随着增加,叼不断下降;当c0为640mg/m时,叼只有53.7%.等离子体反应器外加电压恒定时,活性粒子浓度在一定范围内随着的增加,HCHO分子与活性粒子碰撞,反应的机率减小,"不断下降.初始浓度Initialconcentrati.onrag/图2甲醛初始浓度对净化效率的影响Fig.2Effectoftheinitialconcentrationofformaldehydeonthe purificationefficiency3.2停留时间对降解效率的影响HCHO初始浓度取450 ～500mg/m,U为3.4kV为5kHz时,停留时间t对.,7的影响如图3所示.由图3可见,在其他条件保持不变的情况下,随着t的增加,增加.但是t增加到0.5s后,田基本保持在一个稳定的水平,没有较大的变化.由此可见,t对叼有一定影响,但是也受到一定的限制,田不会随着t的无限增长而提高.3.3气体流量对降解效率的影响HCHO初始浓度取450—500mg/m3,t为0.342s为5kHz,气体流量Q对的影响如图4所示.由图4可见,当Q=0.4m3/h时,叼为0.898l;随着Q的增加,田降低;当Q=1.6m3/h时,只有0.3565.31停留时间Res[dencetimeⅣS图3停留时间对净化率的影响Effectofresidencetimeonthepurificationeflieiency图4气体流量对净化效率的影响Fig.4Effectofgasflowrateonthepurificationefficiency3.4外加电压对降解效率的影响HCHO初始浓度取450—500mg/m,t为0.342s为5kHz,外加电压对叼的影响如图5所示.由图5可见,随着u的增加,竹不断提高.当U=2.2kV时,仅为43%;当U=3.4kV时,町可达90%左右,其原因是该过程中,随着升高,电子可获得足够的能量传递给周围粒子,生成更多的OH?等活性粒子,与HCHO分子碰撞,反应机率增大,增加.故在等离子体反应器能承受的电压范围内,可通过提高来提高卵.但是,必须注意的是,外加电压必须在反应器能承受的范围内,否则会导致反应器中的电极被击穿,破坏反应器.f『20—JJ0暑一0lJ1Jnd许舟嘻.要jJ.【lo一.一J1_Ind神赍#;分口.一.一』Jo 【10:1j.IJIJnd件96ff分5I.一JJ∞旨一.1Jl【ld时姑38卷2期欧红香等强电离放电降解甲醛的研究879注:采样时间为1.5min,采样流量为0.4L/min.下同.Note:Thesamplingtimeofthegaswas1.5minandthesampleflowratewas0.4L/rain.Thesameasbelow.图6净化前甲醛气体的气相色谱图Fig.6Thegaschromatogramofformaldehydegasbeforepurl?fieafion图7净化后甲醛气体的气相色谱图Fig.7Thegas~ramatogramofformaldehydeaIlerpurification4结论(1)强电离放电降解甲醛可有效去除HCHO.且反应过+-+一-4-——一—"+一+-—?一—?+一-4--+-+-++"(上接第868页)参考文献程不需外加吸收剂和催化剂,无二次污染,生成产物是c0:和H2O.(2)随着HCHO初始浓度的增加,HCHO分子与活性粒子碰撞,反应的机率减小,当HCHO初始浓度大于500mg/m,甲醛净化效率下降幅度增大.(3)降解过程中随着停留时间的增加,去除效率r/增大,0.6s以后'7增加不明显,停留时间以0.4—0.5s为宜.(4)降解过程中,气体流量Q对甲醛的净化效率J,7也有较大的影响,随着Q的增加,下降明显.(5)等离子体反应器外加电压的变化对降解效率有显着影响,可在等离子体反应器能承受的电压3.6kV内,通过大幅度提高外加电压能够提高降解效率77.(6)降解过程中,没有任何有机气体产生,甲醛的降解效率可达85%以上.参考文献『11HENSELKAROL,PAWLATJOANNA,TAKASHIMAKAZUNORI,eta1. 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介质阻挡放电中OH自由基对甲醛脱除的影响
介质 阻挡放 电中 ＯＨ自由基对 甲醛脱除 的影响
史恒超 王文春‘ 杨德 正 霍 岩 贾 莉
ｆ 理工大学 三束材料 改性教育部 重点实验 室， 宁 大连 １６２） 大连 辽 １０４
摘 要： 对 管线式 介质 阻挡放 电中 的 甲醛脱 除进 行 了实 验研 究， 测量 了介质 阻挡 放 电产 生 的ＯＨ 一Ｘ ７ 厂 ，
０ ０ 自由基发射光 谱． —） 研究 了在一 个大气压下不 同放 电峰值 电压、 电频率 、 放 添加氩气和氧气 时 甲醛脱 除率 与 ＯＨ自由基发射光谱强度 的变化关系， 实验 结果 表 明： 在氮气 含 甲醛体系 中， 高放 电峰值 电压 、 电频 率和 增 提 放 大 氩气含量 时， 甲醛脱 除率随 ＯＨ（ Ａ Ｘ ０ ０ 自由基 发射光 谱强度 的增 强而提 高： 几， — ） 当在氮气 含 甲醛体 系 Ｘ ７０ ０ 自由基 发射 光谱强度 的减弱 而降低． １ ． ｋ ，， － ） 在 １５ Ｖ放 电峰 中增大氧气含量 时， 甲醛脱 除率随 ＯＨ（
ＳＨＩ ｎ － ａ Ｈｅ ｇ Ｃｈ ｏ Ｗ ＡＮＧ ｅ － ｕ Ｗ ｎ Ｃｈ ｎ Ｙ ＡＮＧ — ｅ ｇ Ｄｅ Ｚｈ ｎ ＨＵＯ ａ Ｙ ｎ ＪＡ ｉ Ｉ Ｌ
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室内甲醛污染及其净化技术研究进展
对多家住宅进行 了检测 ，结果显示甲醛超标 率最高达 ９ ％ 。黄 ２
作者简介 ：刘伟伟 （９ ７一） １８ ，女 ，硕士研究生 ，研究方向 ：大气污染控制 。 通 讯 作 者 ：姚 志 良， 副教 授 。
第４ ０卷第 １ ９期
续表 １
刘伟伟等 ：室 内甲醛污染及其净化技术研究进展
ｃ ｔｏ ｅ ｈ ｃ ａｉ ｎ ｔ ｃ ｎｉ． Ｋｅ ｏ ｄ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｆｒ ｌ ｅ ｙ ｅ；ｐ ｒｆｃ ｔ ｎ； ｒ ｓ ａ ｃ ｄ ａ ｃ ｏ ｍａｄ ｈ ｄ ｕ ｉ ａｉ ｉ ｏ ｅ ｅｒｈ ａ ｖ ｎ ｅ
甲醛在室温下是一种无色 、有强烈刺 激性 的气 体 ，易溶 于 水 、醇 、醚等有机溶剂 ，常用作黏合剂用 于建筑装 饰材料 。室 内装修方兴未艾 ，甲醛 己成为室 内空气 中最主要污染 物。１９ ９５
年 国 际 癌 症 研 究 中 心 （Ａ Ｃ 将 甲醛 确 定 为 可 致 癌 物 ，２ｏ ＩＲ ） ０４ 年 ＩＲ Ａ Ｃ将 甲醛上升为一级致 癌物… 。在我 国有毒 化学 品优先 控 制 的名 单 上 甲醛 居 于 第 二 位 。 由 甲醛 引 发 的 室 内环 境 污 染 带
伟等 对济宁市 中区选取住宅 小区装修 组 １０间进行检 测 ，结 ５ 果显示与标准限值相 比甲醛 的污染程 度远 高于 Ｔ Ｏ 。 由此 可 ＶＣ 见 ，我 国室 内甲醛的超标 与危 害 已经非 常普遍 ，针对 新装修 室 内 甲醛 开 展 净 化 迫 在 眉 睫 。
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…，。
因素名称
表１因素水平裹 因素序号ｉ
ｌ‘
甲醛浓度Ａ。（ｍｇ／ｍ３）
３８０８
外加电压Ｂ．（ｖ）
９００
迹量９ １型巴也！
！：ｉ
一 ２
２２０９ １６００
３
２９８４ ２４００
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表２中，ｌ（ｉｉ是第ｊ列上水平号为ｉ的各试验结果之和：Ｒｊ是ｍａｘ｛Ｋｕ｝一ｍｉｎ｛Ｋ），为第ｊ列的极
差或其所在因索的极差。 一般地说。各列的极差是不相等的，这说明各因素的水平改变时对试验结果的影响大小是不相同
一开始当放窀反应器极闯电压较低时意味着高能电子数目较少，导致体系中活性粒子的密度较小， 和甲醛分子等发生碰撞及有效碰撞的概率较小，因此在低电压时甲醛的降解效率较小。
随着电压的升高，降解效率上升。因为单位体积内电子的数目增多、平均能量增大，自由基等活性 粒子数目多、密度大。从而启动各种化学反应，增加了甲醛分子分解反应的速率。
介质阻挡放电处理甲醛气体的研究
作者： 作者单位：
何正浩， 邓东， 瞿晶晶， 李劲， 胡辉， 叶齐政 华中科技大学(武汉)
本文链接：/Conference_5620374.aspx
大量调查资料表明，甲醛是当今室内空气污染的典型化学物质之一。因为它首先是由于各种建筑 装饰材料进入家庭引起的。装修材料及家具中的各种板材在遇热、潮解时就会释放出甲醛，并且这种 释放往往可长达１５年。还有涂料、化纤地毯等也是甲醛的释放源。另一方面，甲醛是一种极强的杀 葭剂，广泛用于医院病房和手术室等部门消毒杀菌，使得这些地方在相当长时间内弥漫着较浓烈的甲 醛气体。
本文通过对外加电源电压、甲醛气体浓度以及流量三个水平因素的正交试验，研究了它们对介质 阻挡放电处理甲醛效果的影响特点。三个参数中电压对降解效率的影响最大·流量次之，浓度的影响 相对较小。
本实验的最优实验方案为２４００Ｖ电压，０．３Ｌ／ｍｉｎ流量，２４００ｍｇ／ｍ３浓度的组合。 本文通过大量平行实验。得出反应器的具体工作特性。在电压从９００Ｖ到１９００Ｖ之间变化时，随着输 入电压的升高，甲醛的降解效率从２０％左右－１：升到８５％左右＇但当电压从１９００Ｖ变化到２５００Ｖ时，降解 效率随电压的升高趋于平稳甚至有所下降。
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电压（ｖ）
图２电压对甲醛处理效果的影响
２５００
从图２可以看出，在电压从９００Ｖ到１９００Ｖ之间变化时，随着输入电压的升高，甲醛的降解效率从 ２０％左右上升到８５％左右，但当电压从１９００Ｖ变化到２５００Ｖ时，降解效率随电压的升高趋于平稳甚至有 所下降。
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９９９，１１０５—１１１０ Ｅ４Ｊ Ｕ．Ｋｏｇｅｌｓｅｈａｔｚ，ｕＶ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ ｆｏｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎｏｎ－Ｔｈｅｒｍａｌ
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越好，则应该选取使指标大的水平，即Ｋｕ中最大的那个水平；反之，若指标越小越好，则应取使指 标小的那个水平。据此，从本试验正交表中可知，本实验的最优实验方案为２４００Ｖ电压，０．３Ｌ／ｍｉｎ 流量，２４００ｍｇ／ｍ３浓度的组合。
３．２电压对处理效果的影响
可以看出，在浓度不变的情况下，随着流量的增大，降解效率呈下降趋势。 分析原因为，随着流量的增大，等离子体反应器中单位时间单位面积上通过的总质分子数增大，而
１００９
中国电机工程学会高电压专业委员会２００４年学术会议论文
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介质阻挡放电处理甲醛气体的研究
何正浩，邓东，瞿晶晶，李劲，胡辉，叶齐政 华中科技大学（武汉４３００７４）
摘 要：室内空气甲醛污染是当今家庭、医院等室内场所的主要污染物，可对人体造成严重毒害。本文应用高频介质
阻挡放电技术对甲醛气体进行了处理研究。研究了甲醛气体浓度、流量等条件下的处理效果。实验结果表明 高频介质阻挡放电对甲醛气体的处理具有较好的去除效果，为迸一步应用研究提供了基础参考数据。
但当电压在１９００Ｖ到２５００Ｖ变化时，降解效率反而略有下降，分析原因可能是在较高电压下， 导致发热严重，从而自由基等话性粒子数目反而下降，导致降解效率变低。
３．３流量对处理效果的影响
控制甲醛气袋中甲醛浓度约为６１９８ｍｇ／ｍ３，同时保持放电反应器极间电压２４００Ｖ不变，通过转子 流量计调节通过反应器的气体流量。当流量在０．２—０．８Ｌ／ｍｉｎ之间变化时，降解效率的变化如下图３ 所示。
２实验装置
实验装置及布置见图１所示。图ｌ中的集气袋中即为配制～定浓度的甲醛气体，作为待处理气体 的供气源；图中反应器即为同轴型介质阻挡放电管，有效放电管长约１５厘米；施加在两同轴管电极 上电压为２０００ｖ左右，频率约２６ｋＨｚ；图中的气泡吸收管及大气采样器为气体分析采样装置。
３试验方法及结果
３．１正交试验
的。极差越大，说明这个因素的水平改变对试验结果的影响也越大，极差最大的那一列的因素，就是 因素的水平改变对试验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素·
从本实验正交表中可得极差：Ｒ“＞Ｒ＊ｍ＞Ｒｍ＆。 由此可知，三个参数中电压对降解效率的影响最大，流量次之，浓度的影响相对较小。所以，电 压是本实验中最主要的因素。 从正交表还可以得出本实验最优的实验方案。挑选因素的水平与所要求的指标有关，若指标越大
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图１介质阻挡放电处理甲醛气体示意囤
为能够通过代表性很强的少数次试验，摸清各个因素对试验指标的影响情况，本文首先运用正交 试验设计。因为正交试验设计是一种解决多因素试验问题的卓有成效的方法。确定的实验点均衡分散， 得到的试验结果具有综合可比性，可确定出因素的主次顺序，找出试验的最优参数组合１”】。根据所用 装置和其它条件，选取因素水平如表１。由所取因素水平设计的正交试验如表２。相应试验结果也列 入表２。
１引言
甲醛是一种具有强烈刺激性气味的挥发性有机化合物，它对人的眼睛和上呼吸道有强烈的刺激作 用，并能刺激肺部引起中毒性肺水肿；皮肤接触甲醛溶液，可引起组织凝固、坏死；高浓度的甲醛对 神经系统、免疫系统、肝脏等都有严熏毒害；长期生活在低浓度甲醛环境中，会令人感到头痛，软弱 无力，学习效率和工作效率下降，可以引起慢性呼吸道疾病，甚至引起鼻咽癌。
为了观察反应器的具体工作特性，确定各项参数对处理效果的具体影响，需要进行大量的平行实 验。所谓平行实验，即在设定的三个参数中保持任两个恒定，只改变另一个参数进行多组实验，以确 定该参数对实验的影响情况。
如同上述试验，平行试验设定的三个参数是：电压、浓度和流量。
电压的平行实验，是在一定的温度和湿度下，保持流量０．３或Ｏ．５Ｌ／ｍｉｎ以及６１９８ｍｇ浓度不变， 改变电源电压从９００ｖ－２４００ｖ进行实验。试验结果见图２。
Ｖｅｒｉａｇ，ＮＡＴＯ ＡＳＩ Ｓｅｒｉｅｓ，ｖ０１．３４，ＰａｒｔＢ，１９９３，ＰＰ．３３９＿３Ｓ４
［５］室内空气质量标准（ＧＢ，ｒ１８８８３．２００２） ［６］安从俊，丁哨兵，杨波，郑丹．室内空气环境中微（痕）量甲醛的主要分析方法，武汉大学学报（理学版），
Ａｕｇ．２００１，４３３～４３７
１０１１
鉴于甲醛的毒副作用，世界卫生组织（ｗｉｔｏ）和美国环境保护局（ＥＰＡ）均将甲醛列为潜在焦险致癌 物与重要的环境污染物川。因此，室内空气甲醛污染的治理已是一个亟待解决的问题。综观现有处理 甲醛的技术，有的技术还在实验研究阶段，有的处理方法还存在其它问题，还没有一个较理想的技术 和方法。
近几年，放电非热平衡等离子体技术在环保方面应用研究受到广泛关注，已取得不少进展．在处 理多种有害废气方面优势凸显。在产生放电非热平衡等离子体方面，介质阻挡放电已成为继脉冲放电 后受到重视的研究热点。它除了具有可靠实用的特点外，还可以实现较宽工作范围和简便的操作控制。 因此，研究介质阻挡放电处理室内污染空气，如甲醛的去除特性具有重要实用意义。
在浓度不变的情况下，随着流量的增大，降解效率呈下降趋势· 对放电反应器尾气成分的测试分析表明，尾气中的臭氧含量约为０．００２ｍｇ／ｍ’。远小于我国国家标 准规定的０．１２ｍｇ／ｍ３的臭氧限量值。因此，放电反应器尾气的臭氧含量对环境的影响可以忽略。 进一步还需要研究温湿度等因素对处理效果的影响，还需要研究能耗和进行优化试验等。
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩｏＮＳ ＯＮ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＡＰＰＬｌＣＡＴＩＯＮＳ，ＶｏＬ．３４，ＮＯ．５，１９９８．
【３］Ｏｎｏｇａｗａ，Ｔｓｕｋｕｂａ，ｌｂａｒａｋｉ，Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆＲｅａｃｔｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｕ ｔｈｅ Ｎｏｎｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ
Ｃｈｅｒｏｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓ Ａｉｒ Ｐｏｌｌｕｔａｕｔｓ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｒｅｓｏｎｒｃｅｓ ａｎｄ
图３流量对甲醛处理效果的影响
在给定电压条件下等离子体放电产生的高能电子是一定的，所以此时体系中甲醛分予被高能电子 碰撞的几率下降，同时碰撞几率的减小导致活性自由基的量也相应减少，因此去除率也随着下降。
３．４放电处理后其它产物分析
由于空气中所含氧气成分的比例较大，含氧空气介质阻挡放电会产生较多的臭氧。因此，在处理 甲醛气体时，放电产生的臭氧一部分或大部分会与气体中的甲醛成分起反应消耗掉，而其余部分就可 能排放到大气中，成为一种新的空气污染物。当空气中的臭氧浓度高于一定量时，会对人体有毒有害， 并且对很多物品，其氧化破坏性往往也很强。所以很有必要对实验的尾气进行残余臭氧测试研究。