脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

用脉冲放电等离子体同时脱除烟气中的NOx和SO2

本文对用脉冲放电等离子体同时脱除烟气中的NO_x和SO_2的方法作了较全面的描述。阐述了该方法的产生,同时脱除烟气中NO_x和SO_2的基本原理和过程,以及其工业应用的优点和关键。提出了我们下一步应该进行的实验和理论研究,以及工艺流程的初步设想。该方法在节能方面有很大的潜力,具有把净化过程和飞灰、副产品的收集融为一体的可能性,具有诱人的前景。     

用于放电等离子体的重频固态纳秒脉冲电源

为提高放电功率、产生大面积等离子体,设计了一种高重复频率纳秒脉冲电源,其基本原理是采用高压截断法产生高压脉冲.选用通断速度较快的碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生纳秒级截断,进而可以大幅提高输出脉冲的重复频率;使用8个串联的MOSFET同步工作,以提高输出电压幅值.测试结果表明,该电源输出脉冲的电压幅值可达10 kV,脉冲上升沿约为12 ns,半高宽约为750 ns.负载为5 kΩ无感电阻时,连续运行重复频率可达100 kHz,爆发模式下重复频率可达1 MHz.电源带载能力较强,未击穿时输出电压脉冲波形基本不随电极负载发生改变.该电源可长期稳定工作,产生较大面积等离子体,满足了高重复频率纳秒脉冲放电的需求.     

径向放电的等离子体阴极脉冲电子束实验研究

本文研究和设计了静电聚焦型的径向放电真空电弧等离子体阴极脉冲电子束源。在分析轴向放电的真空电弧等离子体阴极稳定性的基础上,改进结构,设计了径向放电的真空电弧等离子体阴极,由于表面比较狭窄,产生真空电弧后,阴极斑点的高速移动也都位于直径小于2mm的环形阴极内表面上,从而使得电子发射效率较为稳定。并以此为发射阴极,设计径向放电结构的空心阳极等离子体阴极电子束源,该电子束源为无磁场引导的皮尔斯型电子束源,其主要由等离子体阴极和静电聚焦系统两部分组成。实验测量过程中,采用法拉第筒测量了电子束的相关参数,得到比较稳定的脉冲电子束。     

双脉冲放电等离子体水处理H_2O_2的生成规律

放电等离子体水处理过程中,反应器中生成的活性物种对降解水中持久性有机污染物起着至关重要的作用。为此重点研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下,典型活性物种H2O2的产生规律,测试了不同电压、气源、填料特性等实验条件下等离子体反应器中生成的H2O2;对比了不同脉冲电源形式下H2O2质量浓度ρH2O2的差异。实验结果表明,ρH2O2随放电时间、放电电压、气体体积流量、单脉冲注入能量的增加而增加;填料表面峰密度增加有利于液相H2O2的产生;填料粒径对ρH2O2有一定的影响,直径9mm的填料呈现出较好的特性;另外,注入能量相同时,双极性脉冲电源放电产生活性物种的性能远远优于单极性脉冲电源。     

水中脉冲电晕放电等离子体特性及气泡运动

介绍了为研究大间距水中脉冲电晕放电建立的放电模型和实验系统。理论和实验结果分析证明水中电晕放电为过阻尼过程,无振荡,无二次放电。采用高速摄影仪研究放电及气泡的运动过程发现,放电仅在高压电极端部形成球形等离子体,不存在贯通的电弧通道,产生的气泡无二次涨缩过程。     

气液混合两相体中脉冲放电现象的研究

研究了气液混合两相体中线线电极脉冲放电现象。观测表明两相体的起晕电压降低,电晕区域明显加大,并且较为稳定,电极背侧也有较大区域的放电现象。分析表明上述现象的出现和空间水滴有很大关系,其作用为形成大体积两相体放电提供了依据。     

脉冲电晕放电等离子体-活性炭协同去除废水中重金属离子和有机物

为了同时去除废水中的重金属离子和有机污染物,以镉离子(Cd2+)和酸性橙7(AO7)为目标污染物,研究比较了活性炭(AC)、脉冲电晕放电等离子体(PCDP)以及PCDP结合AC(PCDP-AC)3种体系对废水中Cd2+和AO7的去除效果。考察了脉冲放电电压、载气种类、溶液初始pH值和电导率对Cd2+和AO7去除的影响。结果表明:PCDP-AC体系可以同时有效地去除废水中的Cd2+和AO7,且去除效果明显好于AC和PCDP单独处理;增加脉冲放电电压,可以提高Cd2+和AO7去除率;氧气作为载气的去除效果高于空气或氮气作为载气的去除效果;酸性条件下AO7的去除率好于碱性条件,而Cd2+的去除率在碱性条件下好于酸性条件;增加溶液初始电导率,会导致Cd2+和AO7去除率下降。     

双极性脉冲放电等离子体处理染料废水时化学需氧量去除效果相关因素分析

在双极性脉冲放电等离子体用于染料废水的降解过程中,废水化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的变化是在更深层次上反映该技术对有机污染物的降解能力的重要指标。为此,重点研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下典型染料废水COD的去除规律,测试了不同电压、气体流量、初始浓度等条件下染料废水COD的变化。实验结果表明:当负载电压较高时,染料废水的COD值会先升高然后不断降低;而负载电压较低时,COD值会在一定程度内缓慢上升;气体流量越高,COD的去除效果越好;废水初始浓度增加,COD的去除率略有下降;初始电导率增加,COD的去除率降低;对具有不同官能团的染料废水进行放电处理发现,双极性脉冲放电对于各种结构的染料均有良好的处理效果。     

快脉冲放电等离子体用于难降解污水处理

为了探讨高浓度有机物降解用常规方法难以处理的问题,提出了利用快脉冲放电等离子体技术处理难降解污水的方法。该法具有高级氧化处理的"协同"效应,工艺简单,处理效果明显等多方面综合优势。在介绍了快脉冲放电等离子体方法的基本原理后综述了国内外研究现状,指出了快脉冲放电等离子体污水处理需要解决的关键技术问题以及今后的研究方向,对这种新技术在环保领域的应用前景进行了分析和展望。     

含二氧化钛的脉冲气液放电特性及降解四环素研究

利用光催化剂耦合气液放电等离子体可以有效提高水中有机污染物的降解效率,而催化剂添加会影响放电特性进而影响等离子体的应用效果。为了探究TiO₂添加对气液放电特性的影响,该文采用脉冲电源激励大气压空气中的气液放电,通过电学和光学诊断研究含TiO₂和未添加TiO₂的放电特性及等离子体特性,并利用紫外可见分光光度计检测溶液中活性粒子浓度及四环素去除率,讨论TiO₂光催化对放电特性及其降解四环素的影响机制。结果表明,含TiO₂条件下,脉冲持续时间内的峰值电流较未添加TiO₂时有所增大,且电流增大幅度随着电压的增大而增大,当电压为10kV时,TiO₂的添加使峰值电流增强了2.8倍。含TiO₂条件下的发光强度、N2(C-B)、Hα和O(3p-3s)的光谱强度与溶液中活性粒子浓度相比于未添加TiO₂时也明显增强,在电压10kV和频率1kHz时,添加TiO₂后H2O2浓度增大了7倍。此外...     

气液两相脉冲放电反应器的设计及其对酸性橙Ⅱ的降解效果

为了满足难降解有机物的处理要求,提出了喷嘴-筒式气液两相脉冲放电反应器的设计思想。为降低成本、便于放电现象的观察,圆柱状反应器采用透明有机玻璃加工而成,喷嘴高压电极和圆柱状高压电极为不锈钢材料。对该反应器进行了实验,观察到在液面上形成了较均匀的气、液两相放电。采用酸性橙II制备了模拟染料废水,研究了该反应器对模拟染料废水的降解效果。结果表明喷嘴-筒式气液两相脉冲放电可有效降解模拟染料废水中的酸性橙Ⅱ。随着脉冲峰值电压由-26 kV下降到-36 kV,模拟废水中酸性橙II的降解率提高了10%,对偶氮类染料降解起着重要作用的臭氧(O3)生成量增加了6 mg/L。在脉冲峰值电压为-36 kV,脉冲频率为50 Hz,放电喷嘴电极与液面距离为0,放电30 min时,反应器的能量效率可达到2.05×10-3 mol/J。研究结论为进一步研究多喷嘴-筒式电极形式的高压脉冲放电等离子体体系放电作用提供了依据。     

活性炭纤维在脉冲放电水处理中的催化作用

为了探索脉冲放电水处理反应器与活性炭纤维联合应用的可行性以及活性炭纤维在脉冲放电过程中的作用,将活性炭纤维加入气液串联放电反应器中对模拟污染物甲基橙进行了联合降解,并对活性炭纤维在脉冲放电过程中表现出的催化作用进行了研究。实验结果表明:脉冲放电和活性炭纤维联合处理,大幅度提高了降解率近24%,说明活性炭纤维与脉冲放电联合具有协同效应;脉冲放电和吸附饱和活性炭纤维联合处理与单独脉冲放电处理相比降解率提高16.7%,活性炭纤维的催化作用显著;加入H2O2对OH的形成具有增强作用,同时提高了UV和O3的利用率而且还有利于活性炭纤维的再生。     

直流激励均匀氩气等离子体羽的脉冲特性

为研究大气压氩气等离子体羽的脉冲放电特性及其放电机理,以氩气为工作气体,在大气压空气环境中,利用直流激励的等离子体喷枪产生了圆锥形均匀的等离子体羽。等离子体羽长度随气流的增大而增大,但几乎不随两电极间维持电压的变化而变化。通过对两电极间维持电压、放电电流、放电发光信号的时间演化图分析,发现尽管维持电压是恒定的,放电电流和放电发光表现为周期性的脉冲。放电脉冲频率随维持电压的增大而增大,且随两电极间距离的增大而减小。对不同位置的发光信号时间演化进行研究,表明这种脉冲等离子体羽与常见的持续模式和子弹模式不同,其放电在不同的空间位置几乎是同时产生的,但是放电的熄灭却沿远离喷嘴的方向依次推迟。     

大气压氩气纳秒脉冲针—水结构气液放电特性研究北大核心CSCD

为了在提高放电等离子体活性的同时保持较为稳定的放电,文中利用纳秒脉冲电源驱动大气压氩气中针—水结构气液放电,研究了不同脉冲电压和频率下的放电电学特性、发光图像和发射光谱强度,并讨论了相关参数对放电特性的影响原因。结果表明:在氩气纳秒脉冲气液放电中,脉冲电压和频率不会对放电模式产生影响。随着脉冲电压的增大,上升沿电流、下降沿电流和平均功率均增大,且上升沿电流总是大于下降沿电流;当脉冲频率增大时,上升沿电流和平均功率增大,下降沿电流逐渐减小。等离子体特性方面,在不同脉冲电压和频率下均测到了较强的Ar(4p→4s)、H(656 nm)和O(777 nm)谱线和较弱的H(486 nm)谱线,并且4种激发态活性粒子的发射光谱强度均随着脉冲电压和频率的增大而增大。     

高压脉冲放电等离子体溶液中苯酚的降解

为了满足有机物难生化降解的特殊处理要求,研究建立了多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体体系,以苯酚作目标物,考察该体系中影响苯酚降解的因素并分析了降解产物。结果表明,脉冲放电等离子体体系对苯酚废水的降解效果明显,苯酚降解的中间产物主要有邻苯酚二酚、对苯二酚、对苯醌和间苯二酚;在相同脉冲电压下,电极间距、曝气量和溶液的电导率等因素对苯酚降解效果有影响,溶液初始pH值影响很小;在脉冲电压20kV、脉冲频率50 Hz、电极间距15 mm、pH6.4、电导率10 mS/m、初始质量浓度100 mg/L、水样循环流量100 mL/min的实验条件下,反应体系放电60min对苯酚降解率可达86.2%。     

负载型TiO2在双脉冲放电水处理中的应用

在双脉冲放电等离子体水处理过程中,会伴有光辐射等物理效应,而光催化剂可以利用这部分的光辐射能量。为此,研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下添加光催化剂的方式,以及其对于有机污染物降解所起到的效果。利用溶胶-凝胶法制备负载型的纳米TiO2光催化剂,选择典型的染料废水靛蓝二磺酸钠作为处理对象,检验其对于染料废水降解的催化处理效果。实验结果表明:当固相的玻璃珠上负载了纳米TiO2光催化剂时,靛蓝溶液的降解效率有了一定程度的提高,并且2次镀膜负载TiO2光催化剂时的催化处理效果优于1次镀膜时的催化处理效果。电压增大,催化处理效果提升的程度减小,气体体积流量升高,催化处理效果会略有提高。在电压为30kV、气体体积流量为1.0m3/h的条件下,放电处理3min就可以使靛蓝溶液完全褪色。     

脉冲放电等离子体-流光光催化协同作用的动力学分析

高级氧化技术的联用可以提高水体中有机物的矿化效率,为此,基于脉冲放电过程中产生的紫外光效应,研究将玻璃珠负载的TiO2膜催化剂放置于一多针-板电极形式的脉冲放电等离子体体系中,建立脉冲放电等离子体-流光光催化协同体系,分析其协同作用机理。研究考察了不同载气、溶液初始pH值和添加不同浓度自由基捕收剂(碳酸钠)等实验条件下,单独脉冲放电等离子体体系和脉冲放电等离子体-流光光催化协同体系中苯酚氧化的准一级动力学常数。结果表明,在各实验条件下,脉冲放电流光均能诱导TiO2的光催化活性;氧气(O2)作为载气和酸性溶液条件有利于提高协同体系中苯酚的降解速率;在单独脉冲放电体系和脉冲放电等离子体-流光光催化协同体系中,对有机物降解起主要作用的是羟基自由基(.OH)。     

脉冲放电等离子体水处理体系中·OH的作用

为了证明羟基自由基(·OH)在脉冲放电等离子体降解有机物过程中具有重要作用,以苯酚作为目标物,研究了在添加了不同自由基捕收剂条件下,分别以空气和氧气(O2)为载气的脉冲放电等离子体体系中苯酚的降解效率和能量效率,并对相同实验条件下纯水体系中脉冲放电产生的过氧化氢(H2O2)浓度进行了测定。研究结果表明:在空气和O22种载气下,随着添加的捕收剂(Na2CO3和正丁醇)浓度的增加,脉冲放电过程中苯酚的降解效率和能量效率呈下降趋势,证明·OH在脉冲放电降解有机物过程中具有重要作用。此外,添加正丁醇后的H2O2测定结果验证了捕收剂对·OH的捕收作用。