应用介质阻挡放电处理甲醛气体

基于高频介质阻挡放电(DBD)可产生高能电子、各种自由基与活性粒子的原理,应用高频DBD处理甲醛气体。对外加电源电压、甲醛气体质量浓度及体积流量3个水平因素的正交试验表明高频DBD可达到85%的甲醛降解效果,其中电压参数对降解效果的影响最大,流量次之,浓度最小。对放电处理后尾气成分的进一步测试分析表明尾气中臭氧质量浓度约0.002 mg/m3,远低于国家标准规定的0.16 mg/m3臭氧限量值。故高频DBD处理甲醛气体的降解效果好,且排放尾气中的臭氧含量对环境不造成影响。     

平板型DBD臭氧发生多参数影响研究

DBD放电特性主要由其放电参数评定,因此研究DBD臭氧发生器的放电参数对臭氧合成实际应用具有重要意义。文中主要研究峰值电压、放电频率和气体流量的变化对平板型DBD臭氧发生器放电特性及臭氧合成特性影响。并利用Q-V Lissajous图来计算臭氧发生器等效电容、放电间隙的折合场强、放电功率等放电参数,进而得出臭氧体积分数与产率的变化关系。实验结果表明:峰值电压从5 kV增大到9 kV,放电频率从5.5 kHz上升到8 kHz时,放电功率呈线性增大,放电间隙的折合场强和介质层等效电容逐渐增加,放电间隙等效电容逐渐减小,等效总电容、放电最小电压和击穿电压基本不变;臭氧体积分数随峰值电压增大先增大后减小,随放电频率的增大缓慢上升,而臭氧产率则均减小。气体流量从0.5 L/min变化到4.5 L/min时,放电参数基本不变,臭氧产率则随之增大。放电频率一定,峰值电压较高时,气体流量适当增加能促进臭氧的生成。     

水降膜DBD等离子体去除水中磺胺甲恶唑的效能及机理

水降膜介质阻挡放电装置可以在气相高效生成反应活性物质,且大的气–液反应界面有利于反应活性物质的气–液传质,高效降解液相污染物。为此研究了单极性和双极性脉冲电源供电时水降膜装置的放电特性及磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMX)的降解效率,研究发现双极性脉冲供电时,水降膜装置放电强度及SMX降解率更高。同时,本文探究了双极性脉冲电压和频率、SMX初始质量浓度、p H值、液体流速和电导率对SMX降解的影响,分析了SMX的降解机理。结果表明：放电功率随放电电压和脉冲频率升高而增大,SMX降解率随之升高,当放电电压较低(24 kV)时,电压升高能提高SMX降解的能量效率,但提升放电频率会导致SMX降解能量效率的下降;液体循环流量和电导率对SMX的降解影响不大;放电功率为5 W,放电处理质量浓度为20 mg/L的200 mL溶液30 min,SMX降解率达到了80.2%,能量效率达到1.28 g/(kW·h);由于过臭氧化和SMX分子的质子化效应,碱性条件下SMX的降解率远高于酸性条件下的降解率。     

多相纳秒脉冲放电协同二氧化钛系统对大肠杆菌的灭活

基于压舱水处理技术的研究,利用多相纳秒脉冲放电协同二氧化钛(Ti O2)系统产生的强氧化性活性物质、冲击波、紫外光和强电场等对污水中的有害微生物进行有效灭活。实验中以大肠杆菌为目标灭菌物,通过多相纳秒脉冲放电来获取低温等离子体并和Ti O2光催化剂相结合。采用单喷嘴-筒式放电结构,研究了不同脉冲峰值电压、脉冲重复频率、鼓入气体体积流量、Ti O2镀膜长度、放电处理时间、大肠杆菌的初始浓度等条件对大肠杆菌灭活效果的影响。研究结果表明:当脉冲峰值电压为31 k V、脉冲重复频率为50 Hz、鼓入气体体积流量为80m L/min、Ti O2镀膜长度为1.0 cm、放电处理时间为10 min时,大肠杆菌的灭活率达到99.88%;大肠杆菌的剩余量随着脉冲峰值电压、脉冲重复频率、放电处理时间的增大而减小;随着大肠杆菌初始浓度的增加而增大;随着鼓入气体体积流量的升高而先减小后增大;随着Ti O2镀膜长度的增加而先减小后基本不变。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明:随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现:当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/(k W·h)。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究EI北大核心CSCD

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明：随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现：当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/（k W·h）。     

Influence of Related Factors on 03 Generating Characteristics in Airowater-soild Mixture Plasma Reactor

双脉冲放电等离子体水处理技术是一种有效的水处理方法,利用产生的活性物种能高效降解多种有机大分子污染物。针对复杂混合体等离子体反应器中气相O3生成情况进行了研究,重点考察了脉冲电压、曝入气体体积流量、不同的填料特性（粒径和表面粗糙度）等条件对水处理时生成O3的影响。实验结果表明,生成O3质量浓度随着放电电压增加而增大,随着曝入气体体积流量的减小而增加。填入不同粒径的填料生成O3质量浓度也有所不同,其中填充粒径9mm的填料时O3质量浓度最大。另外,粒径相同,但表面峰密度大的填料在生成O3时也表现出更好的特性。     

复杂混合体等离子体反应器中相关因素对O3生成特性的影响

双脉冲放电等离子体水处理技术是一种有效的水处理方法,利用产生的活性物种能高效降解多种有机大分子污染物。针对复杂混合体等离子体反应器中气相O3生成情况进行了研究,重点考察了脉冲电压、曝入气体体积流量、不同的填料特性(粒径和表面粗糙度)等条件对水处理时生成O3的影响。实验结果表明,生成O3质量浓度随着放电电压增加而增大,随着曝入气体体积流量的减小而增加。填入不同粒径的填料生成O3质量浓度也有所不同,其中填充粒径9mm的填料时O3质量浓度最大。另外,粒径相同,但表面峰密度大的填料在生成O3时也表现出更好的特性。     

供电方式对介质阻挡放电-催化降解苯的影响

为研究能量注入方式对等离子体降解有机污染物的影响,分别将交流高压和双极性脉冲高压引入介质阻挡放电反应器,结合Mn催化剂对苯进行降解,研究供电方式对放电特性、苯去除率和产物选择性的影响。结果发现,与交流电源相比,脉冲电源供电下能量在极短的时间里注入到反应器内,产生瞬间大功率放电和高能活性粒子,可以实现对苯的高效降解和较高的CO2选择性。此外,相同功率下脉冲介质阻挡放电(DBD)的臭氧质量浓度更多,更有利于与Mn催化剂结合对苯进行降解。在电压为18.8kV的条件下,对苯的去除率最高可达98%,CO2转化率可达77%。     

介质阻挡放电合成臭氧影响因素的研究

通过试验研究对比,分析了常温常压下空气介质阻挡放电的发生过程.通过观察测试介质材料厚度、温度、放电时间及电源电压等因素对放电特性及氧气浓度的影响,进而对其理论原因进行初步探讨,得出单位时间臭氧产量在相同条件下随气体流量的增加、介质层厚度的减小而增加,而对气体间隙宽度、电源电压和频率的变化存在最佳值.并提出了提高合成臭氧浓度的有效方法.     

用气相沿面放电生成臭氧方式降解偶氮染料废水的影响因素分析

为提高臭氧降解和脱色染料废水的效果,通过沿面放电臭氧生成-废水处理一体化反应器降解偶氮染料废水研究了供电电源类型、放电电压、放电反应器内注入的气体组分及流量、废水电导率、催化剂等因素对染料降解的影响。研究结果表明:同50Hz工频电源相比,在相同的输入功率下,高频电源降解偶氮染料效果更快;沿面放电反应器内注入的气体成分影响染料降解率,注入氧气时,甲基红降解率最高,注入氮气时,甲基红几乎没有降解;注入气体流量影响气相和液相臭氧浓度及染料废水的湍流度,进而影响甲基红的降解率;废水电导率对甲基红降解影响不大;二氧化钛添加量影响甲基红的降解,染料降解初期,适量的二氧化钛有利于甲基红的降解。     

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。     

不同介质条件下大气压脉冲放电特性的数值仿真研究

大气压脉冲介质阻挡放电由于其独特的放电特性引起了人们极大的关注。为了深入理解外加放电参数对脉冲放电特性的影响,通过理论分析与数值模拟的方法,基于大气压等离子体的一维流体描述,定性研究了在给定电压波形的情况下介质类型、介质厚度、气体间隙、放电频率对大气压脉冲介质阻挡放电特性的影响,并与相关的实验结果进行了对比。仿真结果表明:在其他参数不变的情况下,随着介电常数的增加,放电电流与最大气体电压均变大,同时输入能量增加并可以输送更多的电荷;随着介质厚度的增加,放电电流幅值降低,同时脉宽变窄,输运的电荷量降低;随着气隙距离的增大,放电电流密度逐渐下降,击穿时刻出现延迟;随着频率的增加,放电电流降低,同时需要输入能量增加。本文的研究将对大气压脉冲放电应用中放电参数的选择提供一定的理论依据。     

空气源高频圆管型DBD臭氧产生的实验研究

电源频率和放电管长度是介质阻挡放电(DBD)臭氧产生的两个重要影响因素,在前期的研究基础上,采用合适的放电管长度和电源频率进行实验研究。实验研究了干空气源放电管长度、放电电压和气体流量对臭氧产生的影响,并进行了系统优化。研究结果表明:放电管长度由500 mm变为200 mm,在几乎不降低臭氧浓度下放电平均功率约降低了60%;臭氧浓度随放电电压和气体流量的增大先增大后降低;当流量为200 L/h、放电电压为2 698 V时,臭氧浓度与臭氧产率同时达到相对较高值,此时,臭氧浓度为5.3 g/m3时,臭氧产率为43.62 g/kWh。     

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。     

水中气泡脉冲放电处理硝基苯废水的实验研究

针对工业硝基苯废水处理的特点,研究了脉冲高电压放电条件下采用尖-板电极反应器处理硝基苯废水的实验效果。通过一系列的对比实验考察了放电时间、施加电压、溶液电导率、废水溶液pH值、溶液初始浓度、以及通入的气体成分等因素对硝基苯溶液降解率的影响;通过水中气泡脉冲放电的质谱图分析了该放电形式下的降解效果。脉冲放电降解硝基苯模拟废水的实验结果表明:酸性条件有利于硝基苯的降解;电压脉冲的幅值越大或频率越高,降解效果越好;往反应器中通入氧气的降解效果要远胜于通入空气或氮气;硝基苯废水的初始浓度越高,降解效率越高;反应后的溶液温度可作为反应器内脉冲放电激烈程度的一个表征量,良好的放电条件下,硝基苯的降解与溶液温升成正比。质谱检测的结果表明:水中气泡脉冲放电处理能对硝基苯分子深度降解,但相应的降解率不高。     

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。     

结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响

为了研究介质阻挡放电(DBD)下反应器结构对气体击穿时反应器两端所需外加电压的影响,进行模拟烟气(N2/NO)在DBD下放电的实验,改变气体间隙、介质材料、电极接入方式、内电极材料等参数,分别比较击穿电压的变化。对实验条件下气体间隙的电场分布进行模拟计算,通过分析电场对击穿电压的影响,验证了实验结果的正确性。结果表明:增大内电极直径,减小气体间隙可以降低击穿电压;增大阻挡介质的介电常数对降低击穿电压有利;与内电极作阳极相比,内电极作阴极时击穿电压较低;内电极材料的二次电子发射系数越大,击穿电压越小。     

填充床介质阻挡放电臭氧发生器的实验研究

在介质阻挡放电间隙填充介质颗粒,即填充床介质阻挡放电形式可以提升臭氧生成浓度和能量效率。因而设计了一种外玻璃管式填充床介质阻挡放电臭氧发生器,填充颗粒为玻璃微珠和金属微粉混合物。实验研究了填充床和空床放电的电学特性,以及产生臭氧浓度和能效与放电功率间的关系,并分析了介质损耗、冷却水温度、能流密度等因素的影响。实验结果表明:填充床在低能流密度下相比空床放电生成臭氧质量浓度低约40%,而在高能流密度下质量浓度提升约30%,能效曲线先上升后下降,2 mm间隙填充的最大臭氧质量浓度达到60 g/m3;低温冷却水有利于臭氧生成,5℃冷却水的效果比20℃质量浓度提升约17%;添加金属微粉有利于增强放电、提升臭氧质量浓度和能效,提升幅度约25%。     

纳米二氧化钛协同放电等离子体降解甲苯的实验研究

在大气压、室温条件下,利用研制的气体喷射式线-筒放电反应器,实验研究了等离子体与二氧化钛(TiO2)协同降解实际空气流中甲苯的效果。结果表明:反应器中流场的分布对甲苯的降解率有显著影响,不同的电场与不同的流场匹配能产生不同的降解效果;正脉冲更有利于降解甲苯,放电电压为33 kV时,正脉冲比负脉冲对甲苯的降解率高出47.07%;二氧化钛与放电等离子体的协同明显强化了反应器的降解能力,甲苯初始浓度为400μL/L时,降解率高达94.74%;降解率随着电压的升高而升高,45 kV时,335μL/L甲苯气流的降解率达到94.63%;大电容放电比小电容放电更有利于降解甲苯,其优势随着电压的增长而增长。