介质阻挡放电协同复合碳材料去除VOCs

挥发性有机物（VOCs）是常见的空气污染物,实验研究低温等离子体催化技术去除以甲苯为代表的VOCs。采用炭粉末、酚醛树脂和致孔有机高分子聚合物的有机溶剂混合物作为前驱物,经过炭化、水汽活化和负载锰催化剂,制备一种基于发泡金属的复合碳材料。采用扫描电子显微镜、XRD、全自动比表面积及微孔孔隙分析仪对材料进行表征。两段式介质阻挡放电反应器结合复合碳材料降解甲苯,前段介质阻挡放电初步降解甲苯,后段复合碳材料利用介质阻挡放电产生的长寿命活性物种和臭氧进一步去除甲苯。输入电压为10 kV时,甲苯去除率约99.4％,CO₂选择性达72.2%,并且有效控制了副产物臭氧。实验结果表明,复合碳材料有望应用于如臭氧和VOCs等的污染控制。     

高锰酸钾臭氧复合预氧化除污染技术研究

针对臭氧单独预氧化对后续处理工艺产生副产物的问题，提出了高锰酸钾和臭氧的复合氧化技术，系统地研究了复合氧化在强化给水处理工艺中对污染物的去除效能与机理，并探讨了复合氧化对消毒副产物和臭氧化副产物等的控制作用以及影响其处理效果的各种因素。试验结果表明，高锰酸钾和臭氧的复合氧化作用可以提高处理后水质，提高对浊度、色度、藻类、有机物和氨氮等的去除率，     

双介质阻挡放电低温等离子体对模拟堆肥气体中氨气的去除

针对固体废物堆肥设施氨气污染问题，本文首次运用双介质阻挡放电低温等离子体（DDBD）技术去除模拟堆肥气体中的氨气。考察了输入功率、氨气流速、氨气初始浓度、反应器放电间隙、氧气含量等参数对氨气去除率和低温等离子体系统能量效率的影响，并分析了副产物的生成情况及其影响因子。研究结果表明，氨气去除率与输入功率和氧气含量呈正相关，与氨气流速和氨气初始浓度呈负相关。低温等离子体系统的能量效率与氨气流速、氨气初始浓度、氧气含量均正相关，但随输入功率的增加先升高后降低。研究发现，在所设定的反应条件下，4mm放电间隙反应器的能耗最低，能量效率最高。O₃和NO_x是DDBD去除氨气的反应副产物，其浓度均与氧气含量呈正相关，均呈现随输入功率的增加先升高后降低的趋势。     

臭氧氧化双酚A的性能及机理

采用臭氧氧化法在动态条件下降解双酚A，考察了臭氧浓度、水样进水流速、pH、双酚A初始浓度及温度对氧化降解双酚A效果的影响，探究了臭氧氧化双酚A的反应机理。结果表明，臭氧对溶于水中的双酚A具有良好的去除效果，在反应条件(臭氧浓度11.04 mg/L、水样进水流速2 mL/min、原水pH=6.83、双酚A初始浓度10 mg/L、温度40℃)下，去除率达86.12%。增加臭氧浓度或适当升高温度可增加臭氧氧化双酚A去除率。pH和进水流速的提高会降低双酚A去除率。偏酸性条件下，臭氧降解双酚A的效果更好。臭氧氧化双酚A反应活化能较低，属于快速反应。臭氧浓度不变，增加双酚A初始浓度会使其去除率减小。臭氧氧化双酚A以臭氧直接氧化为主，同时也存在羟基自由基间接氧化。     

低温等离子体-催化耦合降解甲苯的研究及机理探讨

目前对挥发性有机化合物VOCs废气的等离子体联合处理技术的研究已成为国内外研究的热点,但在等离子体联合技术降解VOCs的反应过程中会产生臭氧、NOx及其他卤化物等二次污染物,且对VOCs降解反应过程缺乏较为深入的理论分析及相应的动力学模型研究.为了实现低能耗去除污染物,并使反应具有选择性,本研究采用了自制的复合型催化剂...     

采用具有急冷功能的热等离子体反应器裂解二氧化碳

采用带有急冷功能的双阳极热等离子体放电反应器直接裂解CO_2制取CO。研究表明节流急冷可以非常有效地截断CO恢复生成CO_2的逆反应。在此基础上,分别考察了以Ar/CO_2、N_2/CO_2等混合气体作为等离子体放电气体的CO_2裂解行为。结果表明:同样的放电功率和气体进量下,N_2/CO_2具有更高的CO_2转化率和能量效率。     

UV/O3耦合氧化处理钢铁行业反渗透浓水

反渗透技术广泛应用于工业废水的深度处理与回用过程,但其产生的浓水含盐量较高,有机污染物降解难度大。臭氧氧化技术具有氧化能力强、操作简单等优点,可用于水中有机物的氧化降解,但单独采用臭氧氧化时对有机物有选择性,处理效果有限。采用紫外光-臭氧耦合技术处理钢铁行业的2种反渗透浓水,探究臭氧浓度、紫外光照强度和初始pH对COD去除效果的影响,并利用三维荧光光谱分析处理前后反渗透浓水的水质变化情况。结果显示,钢铁综合废水和焦化废水处理的最佳操作参数基本相同,在最佳反应条件下,紫外光-臭氧耦合氧化60 min后,2种反渗透浓水的COD去除率分别达到73.3%、53.8%;浓水中难以降解的物质为可溶性微生物代谢产物。     

负载MnO2的蜂窝活性炭对油烟中细颗粒物和VOCs去除效果的初步探究

餐饮油烟主要由颗粒物及挥发性有机物(VOCs)两类污染物组成,是城市大气PM2.5及其前体物VOCs的主要来源之一。现有的油烟净化技术主要针对油烟中大颗粒物,对于细颗粒物和VOCs没有好的净化效果。本篇论文考察了负载MnO_2的蜂窝活性炭对VOCs特征污染物和油烟细颗粒物的去除效果,并对去除效率的影响因素进行了初步探究。探究发现,负载MnO_2的蜂窝活性炭对油烟VOCs特征污染物乙醇具有吸附缓冲和催化氧化分解的作用,且臭氧浓度对去除率有较大的影响,并非臭氧浓度越高处理效果越好。细颗粒物的去除率开始随荷电电压的增加而增加,最后保持不变,并且在较低的荷电电压下就可以得到较高的去除效率。风速的增加导致停留时间的减少,从而使细颗粒物的去除效率明显降低。还可通过增加活性炭的尺寸来提高荷电颗粒物的停留时间,进而提升净化效率。     

介质阻挡等离子体制备臭氧研究进展

从电极布置与形式、原料气体、电介质及填料3个方面阐述了国内外介质阻挡放电(DBD)等离子体产生臭氧的研究进展,分析了各因素对臭氧产生的影响,指出合理布置电极,同时充分利用催化剂填料与等离子体的协同作用,可提高氧气的转化率、臭氧浓度和能量效率。     

低温等离子体协同催化降解甲苯生成副产物臭氧的影响因素

低温等离子体协同催化降解甲苯过程中，在降解污染物的同时活性氧原子聚合生成臭氧。本文研究比较了不同催化剂、放电能量水平、催化段长度和气速条件下的臭氧浓度变化和甲苯降解情况，探究了低温等离子体协同催化降解甲苯过程中臭氧的生成情况。研究表明，将7.5% Mn/堇青石催化剂置于放电区时能有效抑制臭氧生成，促进甲苯降解，提高系统能效，臭氧最高浓度相比无催化剂时降低63.32mg/m³；而0.2%Pd-0.3%Ce/堇青石催化剂对甲苯降解和抑制臭氧的性能较差。随着系统能量水平的提高，甲苯降解率和臭氧生成浓度逐渐升高。臭氧生成浓度与催化段长度呈正相关关系，与气速的关系则相反。在不同的外加电压条件下，臭氧生成浓度呈先上升后下降的趋势，当外加电压为13kV条件时臭氧浓度最高，当电压升高至16kV时臭氧浓度降为零。     

氧化铝负载不同晶型MnO2用于低温等离子体催化耦合降解乙醛和苯

制备了α-MnO₂/γ-Al₂O₃和β-MnO₂/γ-Al₂O₃负载型锰系氧化物催化剂,通过XRD、TEM、TG和H₂-TPR等手段对催化剂进行表征,分别考察催化剂与低温等离子体耦合协同去除乙醛和苯的效果。结果表明,MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂的加入明显提高低温等离子体去除挥发性有机物的效率及CO₂选择性,α-MnO₂/γ-Al₂O₃的耦合效果优于β-MnO₂/γ-Al₂O₃。低温等离子体输入电压为16.8 kV,α-MnO₂/γ-Al₂O₃与低温等离子体耦合乙醛去除率可达100%。降解苯的效率较低,这是由于苯的化学结构更稳定。     

臭氧低温氧化烟气脱硝过程中的氮平衡试验研究

臭氧氧化污染物协同脱除技术利用臭氧的强氧化性,将烟气中溶解度较低的NO _x 、Hg、VOCs等多种污染物氧化为高价态或易溶解的形式,并结合尾部湿法喷淋系统实现污染物的同时脱除。由于其具有温度窗口低、脱硝效率高、反应速率快及改造难度小等优点,在工业锅炉、窑炉及非电行业得到广泛应用。但是在此过程中的污染物实际转化路径,尤其是氮氧化物的输入/输出平衡,目前还未有详细的验证试验支撑。因此本文针对典型臭氧氧化脱硝过程,对污染物脱除过程中的氮氧化物输入/输出平衡及氮元素流向进行了分析试验。试验结果表明,气相输入的NO经过臭氧氧化耦合湿法喷淋后逐渐转化为液相中硝酸根和亚硝酸根离子。在不同O₃/NO摩尔比下,气相氮元素的减少量均以液相中硝酸根及亚硝酸根的增加量存在,不存在其他含氮形式。同时,吸收浆液中硝酸盐及亚硝酸盐的转化率也与烟气中NO _x 脱除率相匹配。在NO/SO₂同时氧化条件下,调节O₃/NO摩尔比,结合湿法喷淋系统可以实现NO _x /SO₂的协同高效脱除,同时系统满足氮元素输入/输出平衡,为臭氧氧化污染物协同脱除技术的工程应用推广提供了依据。     

Involvement of catalyst materials in nonthermal plasma chemical processing of hazardous air pollutants

Catalytic effects of metal oxides in nonthermal plasma chemical processing of hazardous air pollutants (HAPs) are discussed, relevant to their activities for the oxidation of HAPs in nonthermal plasma media and their selective control of active oxygen species derived from background O₂. In ferroelectric packed-bed reactors, the oxidation power of barium titanate (BaTiO₃) is not strong enough to oxidize HAPs and their carbon intermediates to CO₂. Only nitrous oxide (N₂O) was formed from background N₂ and lattice oxygen atoms in BaTiO₃. The catalytic effect of BaTiO₃ is negligible under aerated conditions. On the other hand, ozone (O₃) is formed from background O₂ in much higher concentrations in a silent discharge plasma reactor. Manganese dioxide (MnO₂)-catalyzed decomposition of O₃ promotes decomposition of benzene, which is less reactive than trichloroethylene and tetrachloroethylene. The acceleration of benzene consumption rate is ascribed to the promotion of its oxidative decomposition by the triplet oxygen atom. Catalytic control of in situ active oxygen species could be one of the most effective approaches to increase the energy efficiency of the nonthermal plasma reactor and to achieve the complete oxidation of the carbon atoms in HAPs.     

Improved oxidation of air pollutants in a non-thermal plasma

The performance of non-thermal plasma (NTP) for the removal of organic air pollutants (especially in low concentrations) is improved by the introduction of ferroelectric and catalytically active materials into the discharge zone of an NTP reactor. Experiments with model systems (various contaminants and packed-bed materials) have shown that such a modification of a homogeneous gas-phase plasma can overcome the most serious restrictions of the NTP technique at its present state of the art: the incomplete total oxidation (i.e. the low selectivity to CO₂) and the energetic inefficiency.

Placing a ferroelectric packed-bed material in the discharge zone was shown to result in a lowering of the energy input required. The main effects of plasma catalysis enabled by the introduction of a catalytically active material were an enhanced conversion of pollutants and a higher CO₂ selectivity. These improvements are based on the presence of short-lived oxidising species in the inner volume of porous catalysts. Additionally, the formation of a reservoir of adsorbed oxidants in the NTP zone could be shown. The combination of both modifications (ferroelectric packed-bed materials and plasma catalysis) is a promising method to support the NTP-initiated oxidation of air pollutants.     

低温等离子体用于柴油机尾气脱硝的实验

柴油机作为卡车、重型机械以及船舶的主动力装置仍被广泛采用,其尾气中氮氧化物的脱除技术也是目前的研究热点。本文搭建了模拟柴油机尾气的配气系统,采用介质阻挡放电产生低温等离子体（non-thermal plasma,NTP）的方法对模拟柴油机尾气进行了脱硝的实验研究。实验结果表明：针对本系统,电源效率和能量密度随着输入电压的增大而升高,当输入电压高于60V时,电源效率在90%以上;在O₂/N₂条件下,随着O₂浓度以及能量密度的增加,NO生成量逐渐增加,NO₂生成量先增加后降低最终趋于稳定;在NO/N₂条件下,低温等离子体对NO的脱除率接近100%;在NO/O₂/N₂条件下,随着NO浓度的增加,临界O₂浓度升高,O₂体积分数为1%时脱硝效率在90%以上,O₂体积分数高于14%时低温等离子体的脱硝率为负值,且随着能量密度的增加,生成的NO _x 浓度也更高,O₂浓度对低温等离子体的脱硝性能起决定性作用;在低能量密度时,加入NH₃会提高脱硝性能,高能量密度时NH₃会略微降低NTP的脱硝性能,当加入H₂O模拟真实柴油机尾气成分且喷氨时,获得的脱硝率最高为40.6%。     

添加剂CH3COONH4对介质阻挡-电晕放电耦合法脱除NO、SO2的影响

采用自行研究设计的介质阻挡-电晕放电等离子体反应装置在模拟烟气中进行NO、SO₂的脱除研究。考察了O₂、CO₂、水蒸气等气体组分对脱除NO、SO₂的影响,并进一步探讨了添加剂CH₃COONH₄对脱除NO、SO₂的影响及作用机理。实验结果表明：O₂、CO₂和水蒸气浓度的增加对NO脱除有抑制作用,而引入CH₃COONH₄后,这些抑制作用会被减弱,使NO的脱除率得到大幅度提升,但这些抑制作用不会完全消除。在引入CH₃COONH₄后,气体组分和输入电流的变化对脱除SO₂的影响不明显,SO₂脱除率可达到94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.27%的CH₃COONH₄后,NO初始浓度不变的条件下,SO₂含量较少时,对NO的脱除影响不明显,随着SO₂浓度的增加,NO的脱除率不断下降,增加CH₃COONH₄的添加量可消除SO₂的影响;另一方面,在SO₂初始浓度恒定的条件下,随着NO含量的增加,SO₂的脱除率保持在94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.51%的CH₃COONH₄后,输入电流2.5A时,NO的脱除率达到72%。     

介质阻挡放电微等离子体分解二氧化碳研究

二氧化碳既是主要的温室气体之一,也是包含碳和氧的资源,把相对惰性的CO₂转化为易于利用的CO是其利用的方法之一。采用介质阻挡微等离子体反应器通过单变量和正交实验探究了反应器参数(放电区长度、放电间距、介质厚度)和工艺参数(输入功率、放电频率和停留时间)对CO₂分解为CO的转化率和能量效率的影响规律。研究结果表明,影响CO₂转化率的大小顺序依次为：放电间距>放电长度>输入功率≈停留时间>介质厚度>放电频率;输入功率60.0 W、放电频率9.0 kHz和停留时间1.5 s、放电区长度60 mm、放电间距0.5 m、介质厚度1.6 mm时,CO₂的转化率为10.6%,能量效率为4.1%。     

脉冲放电等离子体协同Mn/TiO2-分子筛、Fe/TiO2-分子筛、Cu/TiO2-分子筛催化剂降解甲醛

为进一步提高脉冲放电等离子降解甲醛的效率,增加CO₂选择性,降低O₃产生量,研究采用放电等离子体和催化剂协同技术。实验以分子筛为载体,分别制备了Mn/TiO₂-分子筛、Fe/TiO₂-分子筛和Cu/TiO₂-分子筛3种催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、FT-IR方法对催化剂进行表征分析。进行了脉冲放电等离子体协同3种催化剂降解甲醛的研究,比较了不同催化剂协同等离子体对甲醛去除率、CO₂选择性、O₃产生量的影响。结果表明,3种催化剂与脉冲放电等离子体都存在协同作用,并能有效地提高甲醛去除率,增加CO₂选择性,降低O₃产生量。当脉冲电压为20kV、放电频率为40Hz、气体流量为0.5L/min时,Mn/TiO₂-分子筛催化剂协同效果最佳,甲醛去除率为94.4%,CO₂选择性为42.2%。催化剂表征结果显示Mn/TiO₂-分子筛的活性组分颗粒分布均匀,锐钛矿相的TiO₂和微晶状态的MnO_x的存在有效促进了甲醛的氧化分解。研究还对放电等离子体协同Mn/TiO₂-分子筛催化剂降解甲醛的机理进行了探讨。     

超重力强化AMP-PZ复合溶液脱碳技术及表观动力学

为提高工业上火电厂乙醇胺（MEA）吸收塔脱碳工艺中脱碳率和反应速率,提出了超重力技术耦合2-氨基-2-甲基-1-丙醇-对二氮己环（AMP-PZ）混合胺脱碳方法。正交实验表明：不同操作参数对脱碳率的影响显著性大小依次为：超重力因子、气液比、吸收剂质量浓度、主吸收剂含量、温度;最佳操作条件为：超重力因子为60,气液比为15,吸收剂质量分数为25%,主吸收剂质量分数为60%,温度为25℃,CO₂脱除率可达97.16%。相对传统的乙醇胺（MEA）吸收塔法,CO₂脱除率提高了7.16%。相同操作条件下,旋转填料床的脱碳反应速率常数比曝气反应装置高一倍。建立了超重力场中AMP-PZ脱碳表观动力学模型,不同操作参数对反应速率常数的显著性影响大小依次为：超重力因子>气液比>吸收剂质量浓度。     

NTP转化C3H6/NO/N2气氛中NO及发射光谱分析

利用介质阻挡放电产生低温等离子体转化C₃H₆/NO/N₂气氛中NO,结合发射光谱诊断法研究了碳氢化合物C₃H₆对NO转化的影响。研究结果表明,随着放电功率的升高,NO转化率先升高后逐渐趋于平缓,NO₂浓度持续降低,N₂O浓度呈先升高后降低趋势,NO主要被还原为N₂;相同放电功率下,随着C₃H₆初始浓度升高,NO_x转化率和N₂O浓度升高、NO₂浓度降低;添加C₃H₆会降低N₂第二正带系和NO-γ带的发射光谱强度,产生CN自由基的激发跃迁谱线,影响NO的化学反应机制,同时生成了棕黄色的聚合物。