[发明专利]一种催化反应装置及催化剂带电研究用仪器和使用方法

说明书

本发明提供一种催化反应装置及催化剂带电研究用仪器和使用方法，具体涉及污染物处理技术领域，催化反应装置包括气体混合器和反应器以及电炉，所述反应器包括反应管，所述反应管设有第一进气口和出气口，所述第一进气口与所述气体混合器通过通气管相连，按照气体流动方向，所述反应管内依次设有放电区域和催化剂层，所述电炉为所述催化剂层提供催化反应所需的温度。催化剂带电研究用仪器是在催化反应装置的基础上进行改进，在反应器中的催化剂层下游设置法拉第杯。本发明的催化反应装置能够提高催化反应，催化剂带电研究用仪器实现对反应器内离子的分析，既可检测离子的生成特性，也可以由此获得离子在催化剂表面的沉积特性。

技术领域

本发明属于污染物处理技术领域，具体涉及一种催化反应装置及催化剂带电研究用仪器和使用方法。

背景技术

等离子体是一种呈电中性的集合体，由电子、光子、离子等多种活性粒子及自由基组成，被称为除气液固之外的第四种物质形态。根据离子温度，等离子体可分为低温等离子体和高温等离子体，低温等离子体又包括电晕放电、射频放电、辉光放电、介质阻挡放电等。在等离子体反应器中，通过在石英管内部设置高压电极以及外部接地，形成介质阻挡放电，管内气体放电时会产生大量活性化学物质，包括各种离子和电子，这些活性物质可用于去除一些污染物，其中应用较多的是等离子体耦合催化剂去除挥发性有机物（即VolatileOrganic Compounds，以下文中简称为VOCs，主要成分为碳氢化合物）等。目前关于等离子体催化去除VOCs技术已有应用，然而，关于气体放电产生的离子和电子对催化剂性能的影响研究不多，如关于催化剂带电后对污染物的氧化性能的影响规律尚不明确等，也没有相应的反应装置可以进行相关研究，而现有的催化反应装置如图5所示，催化剂层8和放电空间21在同一高度，不能对其放电区域产生的离子进行捕捉。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种催化反应装置及催化剂带电研究用仪器和使用方法，将催化剂层设置在放电空间的下游，其优势在于既可以当作等离子体催化反应装置使用，又可通过在催化剂层的下方设置法拉第杯对催化剂的带电特性以及离子和电子对催化剂性能影响进行研究。

一种催化反应装置，包括气体混合器和反应器以及电炉，所述反应器包括反应管、第一电极和第二电极，所述反应管设有第一进气口和出气口，所述第一进气口与所述气体混合器通过通气管相连，按照气体流动方向，所述反应管内依次设有放电区域和催化剂层，所述电炉为所述催化剂层提供催化反应所需的温度；第一电极和第二电极之间的间隙形成所述放电区域。反应气体和保护气体通过进气口进入，通过放电区域、催化剂层后，从反应器出气口排出；在放电区域，反应管内气体放电时会产生大量各种离子和电子等活性化学物质，这些活性物质随着气流到达催化剂层，发生化学反应，可去除VOCs、NO_X、PM等。

优选的，所述反应管为两端装有绝缘密封配件的石英管，所述石英管内通过绝缘密封配件固定设有所述第一电极，所述第一电极通过第一金属导线连接到高压电源的输出端；所述第二电极的横截面为环形，通过可移动金属圆环固定套在所述石英管外部，所述第二电极通过第二金属导线接地。金属圆环是比石英管大一点，可以上下移动，也正好可以固定住第二电极，使用可移动的金属圆环方便固定和更换第二电极。

优选的，还包括示波器，所述示波器连接有第一电压探头和第一电流探头，所述第一电压探头和所述第一金属导线电连接，所述第一电流探头与所述第二金属导线电连接。

优选的，所述第一电极和第二电极之间的距离是1mm~1000mm（也就是放电区域的横截面的宽度）；所述高压电源的电压峰值在1kV到10kV之间，电压波形为脉冲形状；所述催化剂层和所述放电区域的间距为1mm到1000mm（催化剂层的顶面（最上方的催化剂小球的顶部）和放电区域的底面之间的距离）。