專利名稱：有機污染物高頻放電催化分解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種有機污染物高頻放電催化分解裝置，特別是涉及一種高頻放電等離子體與固體催化劑的協(xié)同作用下高效分解有機有毒污染物的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)、交通工具、各種垃圾的焚燒處理，每天都排放大量有毒的有機廢氣，嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。有害氣態(tài)有機污染物種類多，成分復(fù)雜，危害范圍廣，而且部分污染物化學(xué)穩(wěn)定性強，在環(huán)境中能持續(xù)存在，屬于持續(xù)性有機污染物(POP)。這些有機污染物進入人體后達到一定程度將導(dǎo)致多種惡性病變，危害人體健康。因此有毒有機污染物的治理日益受到人們重視。
目前有機氣體污染物的凈化方法主要有吸收法、吸附法、燃燒法等。但這些方法控制難度大、能耗高、引起二次污染，在技術(shù)上或經(jīng)濟上都有許多缺陷，尤其是大氣量、低濃度、高流速的有機廢氣的處理難度更大。
近年來利用放電等離子體凈化空氣污染物受到了一定的重視。放電等離子體去除空氣污染物是利用等離子體的高能電子和O、OH等活性粒子，對有害物質(zhì)分子進行氧化、分解，使有機污染物轉(zhuǎn)化為無害物。目前研究人員已在等離子體源、反應(yīng)器匹配、反應(yīng)過程等方面獲得了一些結(jié)果，表明等離子體放電產(chǎn)生高能電子與中性氣體分子和原子進行碰撞，使這些中性粒子激發(fā)、分解、電離?？諝獾入x子體中的氧化性物種可使被高能電子激活了的有機污染物分子發(fā)生深度氧化降解，最終氧化為CO2和H2O。但是，等離子體反應(yīng)的缺點是化學(xué)反應(yīng)選擇性較差、定向控制能力弱，如何達到高的有機污染物降解率、避免副產(chǎn)物形成和降低能耗，尚有較多問題有待解決，因此目前的實際工業(yè)應(yīng)用還較為有限。
發(fā)明的內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服目前等離子體反應(yīng)裂解裝置化學(xué)反應(yīng)選擇性較差、定向控制能力弱的缺點，提供一種能夠高效分解有機污染物的高頻放電催化分解裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括由晶控高頻(RF)電源、電源匹配網(wǎng)絡(luò)、電感耦合線圈構(gòu)成的射頻等離子發(fā)生系統(tǒng)以及由有機污染物氣體預(yù)過濾器、石英材料制成的內(nèi)裝固體催化劑的反應(yīng)器、水蒸氣發(fā)生器、取樣閥門、真空泵、酸性氣體化學(xué)清洗裝置構(gòu)成的污染氣體反應(yīng)系統(tǒng)；晶控高頻(RF)電源1的輸出端與電源匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端電連接，電源匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端正負極與電感耦合線圈的正負極電連接，電感耦合線圈纏繞在反應(yīng)器上；反應(yīng)器的上部連接有機污染物氣體預(yù)過濾器和導(dǎo)入管；水蒸氣發(fā)生器通過蒸氣管和閥門接至反應(yīng)器和預(yù)過濾器之間；反應(yīng)器的下端管接至真空泵的抽氣口，真空泵的排氣口管接至化學(xué)清洗裝置，取樣閥門安裝在真空泵的排氣口和化學(xué)清洗裝置之間。
所述催化劑選自鐵電體鈦酸鋇、負載于多孔氧化鋁或分子篩的鉑、銠、銀、銅、鋁金屬或它們中的1-3種混合物。
本實用新型的工作原理是利用高頻放電等離子體與催化反應(yīng)的協(xié)同作用，以達到幾方面作用(1)有機污染物及其反應(yīng)中間物在催化劑表面的吸附使其在反應(yīng)區(qū)有更長停留時間和更高的氧化降解率；(2)表面吸附物種的化學(xué)反應(yīng)(如吸附態(tài)碳氫化合物的氧化)比氣相反應(yīng)更容易進行；(3)高頻放電等離子體產(chǎn)生的高活性粒子可激活有機污染物分子，降低催化反應(yīng)所需要的起燃溫度；(4)高頻放電等離子體高能電子的作用可能促進催化劑表面上新的活性中心的形成。
本實用新型的優(yōu)點和積極效果是高頻放電等離子體與固體催化劑協(xié)同作用，相對于單純的等離子體法，可以依靠催化作用實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)定向控制，提高污染物去除率；另一方面，相對于通常的催化燃燒法，可以用等離子體激活催化反應(yīng)，降低起燃溫度。等離子體可通過如下途徑激活催化反應(yīng)第一，等離子體放電使反應(yīng)物分子獲得能量，有利于其在催化劑活性中心上進行化學(xué)吸附，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第二，各種活性粒子直接作用于催化劑的活性中心，激活催化劑參與反應(yīng)。第三，更重要的是，等離子體活性粒子尤其是高能電子的作用有利于反應(yīng)產(chǎn)物和其它強吸附性物質(zhì)(如某些催化劑毒物)從催化劑表面脫附。
射頻等離子發(fā)生系統(tǒng)與污染氣體反應(yīng)系統(tǒng)相互分離，射頻等離子由線圈耦合而成，污染氣體對射頻等離子的發(fā)生影響較?。环磻?yīng)器由石英材料制成，催化劑置于反應(yīng)器中，污染氣體可在等離子和催化劑協(xié)同作用下發(fā)生分解；催化劑包括鐵電體鈦酸鋇材料以及金屬負載于多孔氧化鋁或分子篩；水蒸氣發(fā)生器與反應(yīng)器通過蒸汽管相連，提供降解反應(yīng)所需的H、O元素；反應(yīng)器下方依次連接真空泵以及化學(xué)清洗裝置，保持反應(yīng)系統(tǒng)的真空度及對處理后的氣體排入大氣前進行清洗。采用由鐵電體鈦酸鋇材料以及金屬負載于多孔氧化鋁或分子篩混合構(gòu)成的固體催化劑。鐵電體鈦酸鋇材料在電場作用下可形成微放電，改善局部電場分布。多孔氧化鋁或分子篩載體主要起到吸附有機污染物的作用。
圖面說明


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施的方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但對本實用新型不應(yīng)該構(gòu)成限制。
實施例
圖1所示有機污染物高頻放電催化分解裝置，包括由晶控高頻(RF)電源1、電源匹配網(wǎng)絡(luò)2、電感耦合線圈3構(gòu)成的射頻等離子發(fā)生系統(tǒng)以及由有機污染物氣體預(yù)過濾器4、石英材料制成的內(nèi)裝固體催化劑6的反應(yīng)器5、水蒸氣發(fā)生器7、取樣閥門9、真空泵10、酸性氣體化學(xué)清洗裝置11構(gòu)成的污染氣體反應(yīng)系統(tǒng)；晶控高頻(RF)電源1的輸出端與電源匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸入端電連接，電源匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出端正負極與電感耦合線圈3的正負極電連接，電感耦合線圈3纏繞在反應(yīng)器5上；反應(yīng)器5的上部連接有機污染物氣體預(yù)過濾器4和導(dǎo)入管；水蒸氣發(fā)生器7通過蒸氣管和閥門8接至反應(yīng)器5和預(yù)過濾器4之間；反應(yīng)器5的下端管接至真空泵10的抽氣口，真空泵10的排氣口管接至化學(xué)清洗裝置11，取樣閥門9安裝在真空泵10的排氣口和化學(xué)清洗裝置11之間。催化劑采用由鐵電體鈦酸鋇和金屬鉑負載于多孔氧化鋁的1∶1的混合物。
所述的晶控RF高頻電源、電源匹配網(wǎng)絡(luò)為公開技術(shù)，由長春星達電子設(shè)備廠生產(chǎn)、銷售。水蒸氣發(fā)生器、真空泵為通用設(shè)備。
使用有機污染物高頻放電催化分解裝置分解有機污染物過程如下工作氣體(Ar等中性氣體，O2等氧化性氣體、H2等還原性氣體)攜帶有機污染物經(jīng)過污染氣體預(yù)過濾器4初步過濾其中的塵埃等進入反應(yīng)器5，經(jīng)線圈3感應(yīng)耦合成壓力范圍50-103Pa、溫度范圍150-500℃的低溫冷等離子，在催化劑6協(xié)同作用下發(fā)生分解，真空泵10保持系統(tǒng)真空范圍，同時水蒸氣發(fā)生器7產(chǎn)生的過熱水蒸氣經(jīng)過與蒸汽管8進入反應(yīng)器，提供降解反應(yīng)所需的H、O元素，分解反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物經(jīng)過化學(xué)清洗裝置11進一步的化學(xué)清洗，最后氣體生成物為CO2、CH4、CO、C2H2等，可直接排入大氣。
權(quán)利要求1.一種有機污染物高頻放電催化分解裝置，其特征是它包括由晶控高頻電源(1)、電源匹配網(wǎng)絡(luò)(2)、電感耦合線圈(3)構(gòu)成的射頻等離子發(fā)生系統(tǒng)以及由有機污染物氣體預(yù)過濾器(4)、石英材料制成的內(nèi)裝固體催化劑(6)的反應(yīng)器(5)、水蒸氣發(fā)生器(7)、取樣閥門(9)、真空泵(10)、酸性氣體化學(xué)清洗裝置(11)構(gòu)成的污染氣體反應(yīng)系統(tǒng)；晶控高頻電源(1)的輸出端與電源匹配網(wǎng)絡(luò)(2)的輸入端電連接，電源匹配網(wǎng)絡(luò)(2)的輸出端正負極與電感耦合線圈(3)的正負極電連接，電感耦合線圈(3)纏繞在反應(yīng)器(5)上；反應(yīng)器(5)的上部連接有機污染物氣體預(yù)過濾器(4)和導(dǎo)入管；水蒸氣發(fā)生器(7)通過蒸氣管和閥門接至反應(yīng)器(5)和預(yù)過濾器(4)之間；反應(yīng)器(5)的下端管接至真空泵(10)的抽氣口，真空泵(10)的排氣口管接至化學(xué)清洗裝置(11)，取樣閥門(9)安裝在真空泵(10)的排氣口和化學(xué)清洗裝置(11)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的有機污染物高頻放電催化分解裝置，其特征是催化劑選自鐵電體鈦酸鋇、負載于多孔氧化鋁或分子篩的鉑、銠、銀、銅、鋁金屬或它們中的1-3種混合物。
專利摘要本實用新型涉及一種有機污染物高頻放電催化分解裝置，它包括由晶控高頻電源(1)、電源匹配網(wǎng)絡(luò)(2)、電感耦合線圈(3)構(gòu)成的射頻等離子發(fā)生系統(tǒng)以及由預(yù)過濾器(4)、內(nèi)裝固體催化劑(6)的反應(yīng)器(5)、水蒸氣發(fā)生器(7)、真空泵(10)、化學(xué)清洗裝置(11)等構(gòu)成的污染氣體反應(yīng)系統(tǒng)；本裝置利用高頻放電等離子體與催化反應(yīng)的協(xié)同作用，大大提高污染物去除率。
文檔編號B01D53/72GK2683236SQ20032011967
公開日2005年3月9日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者黃海濤, 唐蘭, 楊小平, 劉亞寧 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所