[实用新型]设有核壳结构多孔球过滤填料的等离子体净化器

说明书

技术领域

本实用新型属于低温等离子体应用领域，具体涉及一种设有核壳结构多孔球过滤填料的等离子体净化器。

背景技术

陶瓷多孔球、麦饭石多孔球和石英多孔球等具有高孔隙率和高表面积的材料，对污染物有很强吸附能力，一直被广泛应用于水过滤系统中作为过滤填料。然而，目前采用多孔球作为过滤填料的水过滤系统中，过滤料均无有效的自清洁方法，需要定期更换新的多孔球过滤填料。定期的维护，不仅增加材料成本，也增加过滤系统的维护成本，并且，对用户使用造成不便。一旦维护不及时，不但不能净化水质，还可能导致水源的二次污染，安全性无保障，用户接受度不高，影响了此类水过滤系统的大规模推广应用。因此，多孔球过滤系统必须设置即时自清洁功能，不让污染物长时间滞留在多孔球表面，一方面确保过滤系统在长期使用中都能时刻保持多孔球表面的清洁度和强吸附能力，安全性有保障；另一方面节省了大量维护成本和更换多孔球过滤填料的费用，提高过滤系统的使用经济性。

然而，多孔球本身是无源过滤填料，本身不具备分解或者清理表面污染物的能力，即只收集不处理，需要考虑与其他有源净化系统的结合才能实现系统的即时自清洁功能。

近年来,低温等离子体技术作为一种新兴的污染物处理技术,具有流程短、效率高、适用范围广等特点,被广泛应用于工业废气处理、除尘、汽车尾气处理、废水处理、臭氧合成和活化水领域。低温等离子体体技术主要是基于大气压放电等离子体技术，利用大气压放电所产生的臭氧、氧原子、羟基等活性自由基团与大气或者水中污染源的深度氧化和分解反应，来达到脱除大气或者水中有害物质的目的，同时伴随紫外光解、冲击波作用，从而脱除大气或者水中的有机物、杀灭病菌。即利用等离子体中的各种活性自由基和紫外线的强氧化作用和灭菌效应，降解有机污染源、沉降金属离子、杀灭病菌，对生活和工业排放的污染源均有普遍适用性，体积紧凑，投资低，不受环境限制，受到广泛认可。

然而，目前公开的等离子体水处理装置和方法都存在能效偏低，单位能耗高等问题，单次净化效果远低于预期，原因是目前用于处理污水的等离子体装置都是基于介质阻挡放电、电晕放电、火花放电或热平衡等离子体。一方面由于气压高，放电只能在局部小区域内激发等离子体，并且，碰撞频率高、自由程短，等离子体中活性自由基扩散性差、寿命短，不易于充分与水中污染源接触反应，因此，活性自由基的利用率不高，导致处理效率低；另一方面水流快速通过放电隙，污染物与等离子体接触时间太短暂，或者有部分污染物没机会与等离子体接触，未被等离子体分解就离开放电区，因此，单次净化效果不佳。单纯增加放电强度对提高单次净化效果并无显著效果，反而会进一步增加能耗，如何使污染物较长时间滞留在放电区与等离子体充分接触，才是提高单次净化效果的有效途径。

多孔球对污染物有强吸附能力，而等离子体则具有强分解能力，二者结合具有互补性：多孔球优先吸附污染物，使污染物不会随水流或气流快速离开放电区，使污染物与等离子体有充分接触机会和分解时间，大幅提高单次净化效果；等离子体的强分解能力能即时清洁吸附于多孔球表面的污染物，使多孔球表面在长期应用中均无污染物堆积，时刻保持表面的清洁度和强吸附能力。

将多孔球作为过滤填料置于放电区中，会挤占放电空间和水流或者气流通道，为保证有足够的放电空间和水流或者气流通道，必须加大放电电极间距。然而，放电电压与两电极的间距成正比例关系，电极间距增大，放电电压也随之增加，并且，电极间加入介电常数较高的多孔球，如陶瓷球多孔球、麦饭石多孔球和石英多孔球等，强电场主要落在多孔球上，会进一步提高放电电压，过高的放电电压会增加等离子体发生器成本和能耗。需要采取措施，既增大了电极间的名义间距，获得足够的放电空间和水流或者气流通道，并在电极间放入了高介电常数的多孔球填料，又不增加实际放电电极间距，并且，落在多孔球上的电压占放电电压比例还不能高。

发明内容

本实用新型的目的是通过将核壳结构多孔球过滤填料填充到放电电极之间的放电隙中，优化等离子体净化装置的放电效率和单次净化效率。核壳结构多孔球具有金属核、多孔介质壳和光催化剂表面的结构特征，多孔表面具有大表面积，并且，表面涂覆了纳米晶光催化剂层，进一步增大表面积，增强表面吸附能力，纳米晶光催化剂还能吸收来自等离子体的紫外光，辅助分解污染物；核壳结构多孔球的金属核则具有良好的导电率，在电场中被极化，在放电区中充当放电中间电极，使实际放电间距缩小为：

L=L₀-N*D

其中，L为实际放电间距，L₀为名义电极间距，N为放电电极连线上填入的多孔球个数，D为多孔球金属核的直径。