[发明专利]一种电晕放电等离子体与纳米光催化材料协同净化汽车尾气的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电晕放电等离子体与纳米光催化材料协同净化汽车尾气的反应器，特别是关于一种利用电晕放电等离子体与二氧化钛（TiO₂）光催化反应（以电晕放电产生等离子体发出的紫外光作为催化二氧化钛作用的光源）联合净化汽车尾气的反应器。

背景技术

等离子体就是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的一种电离气体，是继固态、液态、气态之后的物质第四态。等离子体的产生形式可分为介质阻挡放电、电晕放电、表面放电、重叠放电、填充床放电，其中电晕放电等离子体是应用最广泛的一种等离子体，广泛应用于环境、材料等领域。

纳米光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。纳米光催化技术能有效降解多种对环境有害的污染物，使污染物转化为CO₂，H₂O及其它无机小分子物质。目前所采用的纳米光催化剂大多数属于宽禁带的n型半导体化合物，其中TiO₂应用最为广泛。TiO₂是一种多晶型的化合物，在自然界中有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型，以锐钛型的TiO₂光催化活性最高。锐钛型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，当它吸收了波长小于或等于387nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e_cb^-，同时在价带上产生带正电的空穴h_vb⁺。该光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，可在污水与废气领域净化污染物。

虽然等离子体与TiO₂各自都有废气净化的能力，但是它们各自的使用条件专一性较强（如：TiO₂光催化材料需在紫外光的条件下；等离子体的产生需有有效电源的供电。），使得它们各自较难高效的独立应用于汽车尾气的净化中。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电晕放电等离子体与纳米光催化材料协同净化汽车尾气的反应器，目的在于当反应器工作时，等离子体能够净化汽车尾气，同时利用等离子体自身发出的紫外光使反应器内壁的TiO₂进行光催化反应来净化尾气，从而实现等离子体与TiO₂协同净化作用。

本发明的一种净化汽车尾气反应器，包括电源、高压电极、地极、TiO₂净化层、十字支撑架、绝缘壳体、进气口、出气口。其特征在于：所述反应器为一种两端开口的管状结构，在两端为锥形进、出气口，在管内进行同轴电晕放电，所述高压电极与地极依托十字支撑架固定于反应器内部且与反应器同轴，TiO₂均匀涂于绝缘壳体内壁形成净化层。

所述的一种净化汽车尾气反应器，其特征在于：所述电源为车载电瓶直流电源。

所述的一种净化汽车尾气反应器，其特征在于：所述电极布置采用针-孔结构，多针电极为高压电极，材质为黄铜，圆形多孔电极为地极，材质为不锈钢。

所述的一种净化汽车尾气反应器，其特征在于：所述电极布置安装时，针与孔的中心相对，针孔间距为5-8mm，且针直径小于1mm，孔直径为5mm。

所述的一种净化汽车尾气反应器，其特征在于：汽车尾气先由进气口进入，同时经过TiO₂净化层和等离子体处理后，从出气口排出。

与现有技术比较，本发明采用多组针-孔电极，能在放电区域产生更多的高能电子、激发态粒子和具有很强氧化性的自由基等活性物质，且产生的紫外光源可激发TiO₂净化作用，而无需另外的电源供电。同时，本发明体积小、成本低、易于维护、安全可靠。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明反应器由绝缘外壳2、TiO₂净化层3、高压电极6、地极5、十字支撑架7、进气口1、出气口4组成。每组电极布置均采用针-孔结构，多针电极为放电极，由圆柱形多针电极板和黄铜针组成；圆形多孔电极为接地极。其中，圆柱形多针电极板直径60mm，18根长度为6mm的黄铜针均布其上，针直径为1mm；圆形多孔电极板直径60mm，18个直径为5mm的孔均布其上。组装时，针均与孔的中心相对，针孔间距为6mm。实际反应器工作时，尾气由单缸汽油发动机（GE190F）怠速运行的条件下产生。尾气由进气口进入，经过电极5、6组成的装置产生电晕放电区域，会与放电区的高能电子、激发态粒子和具有很强氧化性的自由基等活性物质发生作用，从而得到净化。同时，电晕放电区域的辉光使TiO₂发挥催化作用，使尾气在经过TiO₂净化层，得以进一步净化，净化后的气体从出气口排出。第一次试验条件为：放电电压10KV，放电频率为20kHz，尾气流速0.1m³/h，其尾气（NO）净化率为72%；第二次试验条件为：放电电压20KV，放电频率为40kHz，尾气流速0.1m³/h，其尾气（NO）净化率为81%。