介质阻挡放电产生低温等离子体除去NO_x的实验研究

低温等离子体技术对氮氧化物(NOx)及多种污染物实现同步净化已成为尾气净化方面的研究热点。为此,针对国内外大多数研究采用模拟气体放电的现状,以实际柴油机尾气中NOx为研究对象,采用介质阻挡放电技术,实验研究了电压幅值、电源频率、高压电极直径、反应器体积、放电间隙对NOx去除的影响。实验结果证明,采用该研究所建立的低温等离子体处理装置,柴油机尾气中的NOx的除去率随着电压幅值及其频率的增加先升高后降低,即出现一个最大值,随电压幅值的增加其能耗增加;NOx除去率随放电间隙的减小和高压电极直径的增加而升高,随着反应器体积增加而增加。该研究成果对低温等离子处理NOx装置的车载化应用有一定的指导意义。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

气液相等离子体放电水处理反应器及苯酚降解分析

气液相等离子体放电技术在有机废水处理方面具备了特定的优势。为此,提出了一种双水电极气液相低温等离子体水处理反应器结构,对其放电机理及特性进行了分析。并在此基础上设计了一台输出电压峰值4.8kV、输出电流峰值100 mA的高压电源样机,利用双水电极放电反应器对苯酚溶液进行处理。在一定的实验条件下,苯酚溶液的化学需氧量(COD)去除率达到65%。实验结果表明:双水电极等离子体放电污水处理系统能快速去除有机废水中COD。     

三相介质阻挡放电产生过氧化氢的条件优化

过氧化氢、臭氧和羟基自由基等是介质阻挡放电过程中产生的主要活性粒子,其中过氧化氢对水中污染物质的去除起重要作用。为考察多高压电极介质阻挡放电反应器对放电过程中过氧化氢浓度的影响,采用线筒式三相介质阻挡放电反应器,用正交实验研究了高压电极材料、数目以及高低压电极间距的改变对过氧化氢浓度的影响。结果表明:影响过氧化氢浓度的因素显著性顺序为电极种类、高低压电极间距、电极数目;当3根直径为3mm的不锈钢丝作高压电极且高低压电极间距为13 mm时,系统产生的过氧化氢浓度最高;在最佳的系统条件下,提高空气流量、峰值电压和放电频率,降低电导率都有利于过氧化氢的生成。系统产生的最高过氧化氢浓度为64.2μmol/L。     

沿面介质阻挡放电的低压电极配置方法

沿面介质阻挡放电等离子体在臭氧生成、化工合成、流动控制等领域有着广泛的应用前景,而电极的配置对沿面放电应用效果有着重要影响。为此在石英玻璃筒上制作沿面放电等离子体发生系统,考察不同低压电极配置方法对放电特性和臭氧生成的影响,以获得沿面放电等离子体低压电极结构配置方法。研究结果表明带式电极的放电特性与臭氧生成量好于传统的面式电极,带式电极结构中,同位电极结构与异位电极结构相比,异位电极结构下的放电功率大于同位电极,其中在异位电极结构中,在电极间距为6 mm、放电电压为20 k V、气体体积流量为1 m3/h条件下,放电功率为6.5 W,臭氧生成量为34.2μg/L,高于传统的面式电极结构下的臭氧生成量50%以上,且石英玻璃筒外低压电极侧同样存在等离子体反应,产生的活性物质的量约占管内生成量的26%。     

催化剂协同脉冲放电等离子体处理甲硫醚气体的实验研究EI北大核心CSCD

为了探讨催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理恶臭气体的效果,采用V2O5/γ-Al2O3催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理了恶臭气体甲硫醚,并探讨了反应中催化剂与脉冲放电等离子体的协同性及工艺参数对降解反应的影响。实验结果表明:电晕放电具有改变催化剂气-固相吸附平衡、减少吸附容量的作用,处理恶臭气体时可通过添加催化剂吸附-气体浓缩环节来提高降解反应的能量利用率;催化剂与脉冲放电等离子体共同作用比单一脉冲放电等离子具有更高的甲硫醚去除率,同时催化剂的填充通过改变介电性及电场强度使反应获得更大的能量,催化剂颗粒表面发生的强烈放电促进了降解反应的进行;在一定电压范围内,通过提高峰值电压、增加气体停留时间可有效提高甲硫醚去除率;当峰值电压为22 k V、甲硫醚体积分数为315×10-6、体积流量为550 m L/min时,甲硫醚去除率可达84.12%。催化剂协同脉冲放电等离子体能够有效处理恶臭气体甲硫醚。     

催化剂协同脉冲放电等离子体处理甲硫醚气体的实验研究

为了探讨催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理恶臭气体的效果,采用V2O5/γ-Al2O3催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理了恶臭气体甲硫醚,并探讨了反应中催化剂与脉冲放电等离子体的协同性及工艺参数对降解反应的影响。实验结果表明:电晕放电具有改变催化剂气-固相吸附平衡、减少吸附容量的作用,处理恶臭气体时可通过添加催化剂吸附-气体浓缩环节来提高降解反应的能量利用率;催化剂与脉冲放电等离子体共同作用比单一脉冲放电等离子具有更高的甲硫醚去除率,同时催化剂的填充通过改变介电性及电场强度使反应获得更大的能量,催化剂颗粒表面发生的强烈放电促进了降解反应的进行;在一定电压范围内,通过提高峰值电压、增加气体停留时间可有效提高甲硫醚去除率;当峰值电压为22 k V、甲硫醚体积分数为315×10-6、体积流量为550 m L/min时,甲硫醚去除率可达84.12%。催化剂协同脉冲放电等离子体能够有效处理恶臭气体甲硫醚。     

高压电晕放电与液相化学氧化协同脱除烟气中NO的影响因素与机理

为了解高压电晕放电与液相化学氧化协同脱硝的影响因素与机理,研究了在高压电晕放电与液相化学氧化的协同作用下,供电电压、水体积流量、吸收剂种类以及NO初始质量浓度、烟气体积流量等因素对脱硝效率的影响,探讨了高压电晕放电与液相化学氧化协同脱硝的机理。NO气体经流量计与空气混合形成模拟气体,输送至反应器内进行反应后排放。测定NO质量浓度,计算烟气脱硝效率。结果表明:脱硝效率随着供电电压、水体积流量、吸收剂浓度的增加而增加,但随着NO初始质量浓度、烟气体积流量的增加而下降。在3 k V高压电晕放电和质量分数为5%的H_2O_2协同作用下,烟气脱硝效率高达60.2%。高压电晕放电和液相化学氧化烟气脱硝具有明显的协同效应。脱硝机理主要包括气相电晕放电等离子体氧化反应和液相氧化吸收反应。     

不同电极结构对DBD降解亚甲基蓝废水的影响

文中采用介质阻挡放电（DBD）等离子体技术，分别以20、80、150、200目铜网以及铜片为电极，通过考察亚甲基蓝的降解率、一级反应动力学常数k、pH值、电导率以及COD值；研究了不同电极结构对介质阻挡放电降解亚甲基蓝染料废水的影响。并结合气体放电理论对不同电极结构下介质阻挡放电的等离子体形成机制进行了分析。研究结果发现：电极结构的变化会影响亚甲基蓝染料废水的降解效果；随着铜网电极目数的增加，铜网铜线密度的增加，等离子体放电由离散型向类弥散型过度，等离子体的均匀性增加，亚甲基蓝的降解率增加。一级反应动力学常数k也增加，单位时间内亚甲基蓝的降解速率增加；溶液的pH值更小，电导率更大，溶液COD值更小，对亚甲基蓝的降解效果更好。同等条件下，铜片电极对亚甲基蓝的降解效果优于铜网电极的降解效果。     

介质阻挡放电中工况对电子激发温度影响的规律

为了研究介质阻挡放电中各种影响因素对电子激发温度的影响规律,建立了介质阻挡放电实验系统;利用建立的实验系统测量了介质阻挡放电的发射光谱,推导出电子激发温度与发射光谱的相互关系公式,进而计算出介质阻挡放电时的电子激发温度;通过改变实验条件测量了不同工况下介质阻挡放电的发射光谱,得出放电中的电子激发温度随驱动电压幅值、气体流量以及氩气含量的变化规律。计算结果表明:介质阻挡放电等离子体中的电子激发温度随驱动电压幅值、氩气体积分数的增大而提高,随气体流量的增加而降低。     

低温等离子体催化处理汽车尾气

针对汽车尾气控制和防治,自制了同轴管介质阻挡放电催化反应器,并采用石英玻璃作为绝缘介质层处理了汽油机尾气。研究脉冲放电频率、脉冲电压、气体流量qV、NO初始体积分数0φ(NO)等对NO、HC和CO去除率影响的结果表明,NO、HC和CO的去除率随脉冲电压、脉冲频率的增加而增加,随φ0(NO)及qV的增加而减小。当脉冲频率为15 kHz、脉冲电压为15 kV、0φ(NO)=100×10-6、工作气体qV=0.05m3/h,并以γ-Al2O3小球作为催化剂时,NO、HC和CO的去除率分别为82.3%,83.2%和48.6%;而若不加γ-Al2O3小球,NO、HC和CO的去除率在相同条件下分别只能达到68.1%、76.0%和41.9%。可见,-γAl2O3小球的加入有利于提高污染物的去除率。研究表明,介质阻挡放电产生的低温等离子体在催化剂的协同作用下处理汽车尾气效果较好。     

滑动弧放电等离子体去除甲苯的实验研究

为了研究滑动弧放电等离子体对挥发性有机物的净化效果,选取甲苯作为代表物质进行实验研究,观察了电极间隔、电极材料、电极厚度、氧气含量、水汽含量、气流温度、污染物质量浓度等参数对去除率的影响。在输入体积能耗为0.26 kWh/m3、电极间隔为3 mm、电极厚4 mm、气体流量0.8 m3/h、甲苯质量浓度为7 850 mg/L的实验条件下,甲苯的去除率达到90%,反应器的能量利用率达到最大26.92 g/kWh;制作电极的金属材料对反应器的性能影响不大;甲苯去除率随着氧气含量、水汽含量和气流溫度的增加而增加,随着污染物浓度的增加而降低。     

高压脉冲介质阻挡放电协同金属有机骨架材料催化剂去除氮氧化物的实验研究

采用高压脉冲介质阻挡放电(DBD)协同金属有机骨架材料,即复合MOF材料催化剂对在富氧条件下的NOx进行脱除实验,通过采用水热合成法进行制备复合MOF材料等一系列催化剂,并应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征技术对复合MOF材料进行表征分析,考察了在不同温度下MIL-100(Fe)和负载不同Ce含量的催化剂对NO转化率和NOx去除率的影响.结果显示:在放电电压为±12kV,频率为55Hz,氧气的体积分数为4％,气体流量为1L/min,NOx初始浓度为400mg/L,同时添加含量为0.08mol/L CeO2/MIL-100(Fe)催化剂与介质阻挡放电等离子体协同去除NOx的效果最好,NO的转化率可达91.1％,且随着温度的增加,脱硝效果整体呈上升趋势.介质阻挡放电可以改变催化剂的晶形和结构,并且在掺杂一定量的Ce后MIL-100(Fe)催化剂表面更光滑,微孔增多,比表面积增大,被覆盖的不饱和金属配位点暴露出来,增加了反应所需的活性点位,促进了催化反应的有效进行,进一步加强了对NOx的脱除.     

等离子体助燃激励器介质阻挡放电发射光谱分析

为了研究激发粒子的演化规律,优化等离子体助燃参数,在不同的电极形状、电极间隙、气体流量、放电电压条件下,对介质阻挡放电的发射光谱进行了实验测量与分析。研究发现:网形电极结构的激励器光谱最强,王形次之,条形最低;随着电极距离的增大,发射光谱强度呈现先慢后快的下降趋势;工作介质流量有一个最佳值,为60 g/s;随着驱动电压或频率的增加,微放电通道增多,放电增强,发射谱线强度增强。     

大气压He中2维射流阵列放电特性的影响因素

为获得大气压大面积射流低温等离子体,在大气压He中产生稳定的2维射流阵列放电,并通过发光图像、电压电流波形、Lissajous图研究其发光特性和电气特性。在此基础上,研究了电极结构、电压幅值、气体体积流量对2维射流阵列放电特性和均匀性以及射流长度、放电功率和传输电荷等关键放电参数的影响。结果表明:针–环和针–环–板结构的射流阵列在一定条件下都能产生均匀、稳定的等离子体射流阵列。电压幅值的增加对放电均匀性影响不大,但能有效提高射流阵列的放电功率和射流长度,从而提高射流阵列放电强度;气体体积流量对放电强度影响较小,但对放电均匀性影响较大,因此增大气体体积流量可以提高放电均匀性;电极结构对放电功率和传输电荷影响较少,在电压幅值、气体体积流量较小的情况下,板电极的引入有助于获得更长的射流。     

介质阻挡放电杀灭枯草杆菌芽孢的电镜观察

利用介质阻挡放电处理枯草杆菌芽孢,扫描电子显微镜观察发现,枯草杆菌芽孢出现外层结构破损以及体积缩小,分析认为,介质阻挡放电低温等离子体对枯草杆菌芽孢的作用机理是由空气等离子体中高速粒子的击穿作用和组成等离子体的高能活性基团导致芽孢生命物质的变性凝固而引发的。实验表明,介质阻挡放电可杀灭枯草杆菌芽孢。     

大气压空气中尖-尖间隙60kHz高压放电实验研究

大气压低温放电等离子体在点火和辅助燃烧方面有着广泛的应用前景。为此,基于60kHz的高频高压电源,利用尖-尖电极的极不均匀场结构,在空气中获得了稳定的大气压辉光放电,通过测量电压电流并拍摄放电图像,分析了放电过程,并计算得到了电极压降和位移电流。间隙击穿前,间隙距离不变时位移电流随着施加电压而呈线性变化;间隙击穿后,电源输出电压不变时间隙放电电压随着间隙距离而呈线性变化。结果表明放电过程经历3种放电模式(电晕放电、火花放电、辉光放电),放电稳定性随着气体体积流量的增大而减小,在气体体积流量<3L/min时,可以实现稳定辉光放电。相关结果可为等离子体点火和辅助燃烧提供参考。     

介质阻挡放电脱除NO_x反应器的评价方法及运行流量特性分析

将气体放电生成非热平衡等离子体过程从撞击时刻起分为前后2阶段,指出放电反应器的性能优劣主要与撞击前的阶段相关。原因是撞击前是等离子反应器产生高能电子的阶段,而撞击后是非热平衡等离子体发生化学反应的阶段。对NO和N2体系的气体放电过程进行化学反应动力学和电子碰撞动力学分析,指出利用该体系可以得到放电反应器产生高能电子的平均动能,实现反应器性能优劣的评价。进行不同气体流量下,同轴介质阻挡放电脱除氮氧化物的实验研究。研究结果表明,在注入能量密度基本相同的情况下,气体流量的变化对NO的脱除效果影响甚微。对实验中采用的反应器进行了评价计算,结果表明,反应器出口NO浓度为150～250mL/m3的所有试验点的高能电子平均动能均为3～3.5eV。     

大气压微波等离子体处理有机废气的实验研究

三苯类有机废气是石油化工生产中常见的有毒害性的工业排放物,其存在排放量大、浓度低、难以集中处理、去除降解难等特点。本实验搭建了1套大气压微波等离子体发生装置,实现了在大气压下,可靠且持续地产生大体积微波等离子体,产生等离子体所需的工作气体可以为氮气、氧气或空气,气体体积流量为0.3~10 L/min。实验研究了在不同工作气体下,微波传播对等离子体形貌特征的影响,并利用3种等离子体处理了含有二甲苯的废气。实验结果表明:在不同微波功率及气体流速条件下二甲苯的脱除效率普遍高于95%,采用1 000 W的较低功率维持等离子体便可实现良好的废气脱除效果。在利用空气等离子体处理二甲苯有机废气时,可处理的二甲苯质量浓度可达2 400 mg/m~3,并且不完全氧化产物极少,但反应过程中会生成氮氧化物,需将反应后的气体通入碱溶液中加以去除。此结果证实利用大气压空气微波等离子体对含二甲苯的废气进行处理可高效彻底地降低二甲苯含量,同时对类似的有机化合物有较高的脱除效率。这种方法在环保工业应用领域具有很大的潜力。     

纳秒脉冲表面放电等离子体影响因素的实验研究

在大气环境条件下,以环氧为介质阻挡材料,基于单极性ns脉冲电源进行了表面介质阻挡放电实验,研究了电压幅值、电极宽度、电极间距和重复频率对放电等离子体的影响。结果表明ns脉冲表面介质阻挡放电是丝状放电,放电发生在电压脉冲的上升沿阶段;放电电流主要包括两部分脉冲,与放电丝分布的均匀性有着一定的内在关系,外加电压对放电的均匀性以及产生等离子体的长度起作用;电极宽度和间距对放电电流和产生等离子体的发光强度影响不大,电极宽度和间距越小,放电丝分布越均匀,电极宽度存在一个最优值,使得激励器的放电稳定且产生等离子体相对均匀;脉冲重复频率仅对等离子体强度起作用,对放电特性的影响较复杂,不同电极参数下这些影响与放电丝的分布状态有关。