[实用新型]一种嵌入式等离子体吸附催化处理VOCs的反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种VOCs治理的反应器，尤其涉及一种嵌入式等离子体吸附催化治理VOCs的反应器。

背景技术

挥发性有机物（VOCs）是继粉尘之后的第二大类量大面广的大气污染物，它们不仅会导致臭氧空洞、光化学烟雾等大气污染问题，而且大都为有毒物质，对人体健康产生巨大危害。废气中的VOCs不仅种类繁多，而且浓度大都在几百ppm，处理难度极大。传统的VOCs控制方法是利用活性炭对其进行吸附，但吸附后的活性炭往往直接抛弃填埋，很容易造成二次污染。所以，近年来VOCs的控制研究逐步转向可以将VOCs转化为无害物质（CO₂和H₂O等）的方法。低温等离子体VOCs控制技术利用强电场下的气体放电产生具有很强化学活性的高能电子、离子、自由基等物质，这些活性粒子在增强氧化能力、促进分子离解以及加速化学反应等方面都具有很高的效率，可以对废气中低浓度的VOCs进行深度氧化，生成无害的CO₂和H₂O，因而逐渐成为国内外VOCs控制技术研发的热点。介质阻挡放电是至少有一个电极表面被绝缘电介质覆盖，或在放电空间插入绝缘电介质的一种放电形式。微放电是介质阻挡放电的核心，微放电过程不仅起到储能作用，限制电流密度的自由增长，使放电稳定并产生延时极短的脉冲，还能防止局部火花或弧光放电。而且介质阻挡放电能和吸附、催化等技术结合，使等离子体氧化、化学吸附和催化发挥协同作用，高效无害的降解VOCs，因而逐渐成为VOCs降解的最佳途径。

介质阻挡微放电能产生大量具有强化学活性的电子、离子和自由基，将有机污染物氧化成CO₂和H₂O等无害物质。然而研究表明单纯的介质阻挡微放电虽然对苯、甲苯、三氯乙烯等具有较高的脱除效率，但存在能量利用率低、碳化率不高等问题。Magureanu等人（M.Magureanu,N.B.Mandache,et al.Applied Catalysis B-Environmental,2007,74:270-277）使用介质阻挡放电处理三氯乙烯时发现，虽然取得了90％的脱除效率，但能量密度却达到了500J/l，另外副产物中CO₂的选择率也只有25%，处理过程中生成了较多的CO。最近，为了克服单纯介质阻挡微放电的缺点，组合介质阻挡放电和化学催化来处理有机污染物逐步发展起来，脱除率、能量利用率和CO₂选择率都有所提高（T Hammer,T.Kappes,et al.Catalysis Today,2004,89:5-14;R.B.Sun,Z.G.Xi,et al.Atmospheric Environment,2007,41:6853-6859）。Delagrange等人（S.Delagrange,L.Pinard,et al.Applied Catalysis B.2006:68:92-98）发现介质阻挡放电结合MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂可以使甲苯转化率从单独放电时的36%提高到88%，CO₂/CO的比率从0.75提高到1.3，同时MnO₂可以有效抑制O₃这一副产物的生成。另外，研究表明介质阻挡放电和化学催化结合能够产生协同效应，介质阻挡放电能够促进催化剂表面活性物质的生成，而催化剂的加入可以强化电离，在催化剂微孔内产生气体放电，从而促进活性物质的产生。介质阻挡放电组合化学催化一定程度上提高了有机污染物的脱除效率，降低了能耗，抑制了有害副产物的生成。但是由于VOCs在废气中的浓度一般较低（几百ppm），而且存在形式多样，导致能耗较高，CO₂选择率较低。为此，如何提高VOCs的降解效率，降低能耗，有效控制有害降解副产物的生成，将成为等离子体催化结合处理VOCs技术的关键所在。而在反应器方面的设计改进将是解决该关键问题的重要途径之一。