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随着室内空气中VOCs污染的日益严重,人们开始研发一些更适于室内空气净化的新技术,其中低温等离子技术成为最具应用前景的室内VOCs治理技术之一。但现行的等离子体分解VOCs技术尚有成本高、中间副产物污染的缺点。本研究开发利用等离子体和光催化联用的方法来提高其分解VOCs的效率,降低VOCs的处理成本。
本研究首先用交流高压电驱动的介质阻挡放电(DBD,dielectric barrierdischarge)来产生等离子体放电分解模拟空气中甲苯。探讨了DBD放电反应器的放电特性、模拟空气流量、能量密度、甲苯初始浓度、环境相对湿度和温度对甲苯去除率、选择性和能量效率的影响。采用溶液浸渍法将纳米TiO2负载在等离子体放电区,并对上述的影响进行了同样的探讨,探讨降解甲苯的机理。在归纳通用的空气净化装置净化效果评价指标基础上,提出增加当量毒性和总净化度两个指标,作为适合评价低温等离子体净化技术净化效果的评价体系。最后,从净化效率角度提出低温等离子体-光催化空气净化系统的改进设计。
实验结果表明:
(1)当不用催化剂时,甲苯去除率随随模拟空气流量的增加而减小,随高压交流电源输出电压的增加而增大.随气体能量密度的增加而增大,随甲苯初始浓度的增加而减小,随着相对湿度的增加而增加。能量效率随甲苯初始浓度的增加而增大。能量效率随气体能量密度的增加先增大后减小,有一个最佳的输入能量密度存在。
(2)当光催化剂和等离子体联用时,发现TiO2对甲苯的氧化去除、选择性和能量效率有显著的改善效果。能量密度561J/L下介质阻挡放电联用纳米光催化剂TiO2分解甲苯的能量效率最高可以达到7.29-C7H8/kWh,是等离子体单独作用时的3倍左右。
(3)相对湿度在降解甲苯过程的作用:(I)等离子体区域,水分子被分解为OH-和H+,生成羟基自由基。羟基自由基引起的降解是甲苯降解的一个主要途径,所以相对湿度促进了甲苯降解;(II)水分子加入引起高能电子和活性化学物种的淬灭,水分子吸附于催化剂表面并占据活性位点,导致催化剂活性的下降。