專利名稱：一種自發(fā)極化揮發(fā)性有機(jī)污染物去除裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體污染物處理技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds,簡稱VOCs)是一類有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，在 常溫下它們的蒸發(fā)速率大，易揮發(fā)。它是指室溫下飽和蒸氣壓超過70.91Pa或沸點小于260 'C的有機(jī)物，是石油、化工、制藥、印刷、建材、噴涂等行業(yè)排放的最常見的污染物。VOCs 的危害主要有以下幾個方面(1)大多數(shù)VOCs有異味且有毒，VOCs中的許多物質(zhì)有致 癌、致畸、致突變性，這些物質(zhì)干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)，具有遺傳毒性及引起"雌性化"的 嚴(yán)重后果，對環(huán)境安全和人類生存繁衍構(gòu)成威脅；(2)在光線的照射下，許多VOCs很 容易與一些氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，危害人體健康，影響農(nóng)作物生長；(3)某些鹵代烴可能會導(dǎo)致臭氧層的破壞，如氯氟碳化物(CFCs)和氯氟烴；(4)很多 VOCs屬于易燃、易爆類化合物，給企業(yè)生產(chǎn)造成較大隱患。傳統(tǒng)的VOCs處理方法有燃燒法、吸收法、冷凝法、吸附法等。這些方法在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都存在一定的缺陷或是初始投資和運行費用高，或是處理效果不理想，或是后續(xù)處理不當(dāng)造成二次污染。尤其是低濃度、大氣量的廢氣尚未找到經(jīng)濟(jì)有效的治理方法。在 眾多的環(huán)境污染治理新技術(shù)中，低溫等離子體技術(shù)作為一種高效率、低能耗、使用范圍廣、 處理量大、操作簡單的環(huán)保新技術(shù)來處理有毒及難降解物質(zhì)，是近年來研究的熱點。專利200410014135.X公開了一種處理揮發(fā)性有機(jī)物的低溫等離子體技術(shù)，通過高壓放電的方法 實現(xiàn)污染物的去除，但需要消耗一定的能量，其結(jié)構(gòu)圖由圖l所示。專利200410014131.1 公開了一種處理微生物污染物的低溫等離子體技術(shù)，同樣利用高壓放電的方法對微生物污 染物進(jìn)行去除。專利200410014133.0公開了低溫等離子體處理工業(yè)廢氣中H2S和C2S的方 法，在脈沖電源作用下，在等離子體反應(yīng)器中形成低溫等離子體場，使H2S和C2S轉(zhuǎn)化為 無臭低毒的SCb。上述專利均是在高壓電源作用下對污染物實現(xiàn)去除，在實際運行過程中 消耗一定的能量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新型、高效、低能耗的低溫等離子體VOCs處理裝置。本發(fā)明是將電暈放電和介質(zhì)阻擋放電相結(jié)合的反應(yīng)器產(chǎn)生等離子體來降解有機(jī)廢氣。在 反應(yīng)器內(nèi)添加有鐵電體材料，利用這些材料在高電場強(qiáng)度下發(fā)生自發(fā)極化的特點，在保證污 染物去除效率的基礎(chǔ)之上有效降低施加能量或在一定能量的條件下有效提高污染物去除率。 當(dāng)外加電源施加在介電層上時，電介質(zhì)填料就會極化，在每一個填料附近就會形成很強(qiáng)的電 場，從而產(chǎn)生局部放電，當(dāng)施加的交流電壓超過了電暈產(chǎn)生初始電壓時，反應(yīng)器內(nèi)就會充滿 大量高能電子，這些電子與污染物分子相互碰撞，從而提高污染物的處理效率。電場對不同 介質(zhì)的介電常數(shù)的影響是不同的。對于線性介質(zhì)材料的極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度成正比，而介電 常數(shù)與電場強(qiáng)度關(guān)系很小。對非線性材料，其極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度成非線性的關(guān)系，材料的 介電常數(shù)也與電場強(qiáng)度成非線性關(guān)系，本發(fā)明中選用的鐵電體材料屬于非線性材料。附圖2 為鐵電體的介電常數(shù)與電場強(qiáng)度的關(guān)系曲線，從圖中可以看出，鐵電體材料的介電常數(shù)與電 場強(qiáng)度的關(guān)系呈非線性關(guān)系，在一定電場強(qiáng)度之下，鐵電體材料的介電常數(shù)會發(fā)生急變，使 反應(yīng)器電場急劇增加，因而可有效地實現(xiàn)對于VOCs的降解。反應(yīng)器裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括氣體進(jìn)口 1、反應(yīng)器2、電源3、氣體出口4，其特征 在于，還包括反應(yīng)器兩端的絕緣片5、反應(yīng)器中心的內(nèi)電極6、反應(yīng)器外管纏有的外電極7， 反應(yīng)器中的填料8，填料為涂有鐵電體材料的拉西環(huán)，拉西環(huán)兩側(cè)的孔朝向反應(yīng)器的進(jìn)口和 出口均勻放置于反應(yīng)器中。本發(fā)明中反應(yīng)器選用的鐵電體材料包括有序一無序型鐵電體亞硝酸鈉材料和位移性鐵 電體鈦酸鋇材料。這些材料為粉狀物質(zhì)，發(fā)明中選用陶瓷拉西環(huán)作為基質(zhì)材料，將鐵電體粉 狀材料涂敷在陶瓷拉西環(huán)表面，這些陶瓷拉西環(huán)均勻放置于反應(yīng)器中， 一方面可有效利用反 應(yīng)器空間，另一方面，拉西環(huán)兩側(cè)的孔朝向反應(yīng)器的進(jìn)口和出口可降低氣流運行阻力以減小 反應(yīng)器的壓降。本發(fā)明所提供的自發(fā)極化揮發(fā)性有機(jī)污染物去除裝置與現(xiàn)有裝置相比不同之處是在反應(yīng)器中添加有鐵電體填料，當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定值后，填料發(fā)生自發(fā)極化，可使反應(yīng)器 在保持污染物去除率的前提下降低能耗。同時選用的亞硝酸鈉填料由于成本低廉，易于工 業(yè)化應(yīng)用。這種反應(yīng)器可有效降低了反應(yīng)器處理污染物的單位能耗，而且結(jié)構(gòu)簡單，適用性強(qiáng)。


圖l是專利200410014135.X公開的VOCs處理裝置結(jié)構(gòu)圖，其中有氣體進(jìn)口 1、反 應(yīng)器2、電源3、氣體出口 4。圖2是鐵電體材料介電常數(shù)和有效場強(qiáng)的關(guān)系曲線。圖3是本發(fā)明提供的VOCs處理裝置結(jié)構(gòu)圖，其中有氣體進(jìn)口 1、反應(yīng)器2、電源3、 氣體出口4、反應(yīng)器兩端的絕緣片5、反應(yīng)器中心的內(nèi)電極6、反應(yīng)器外管纏有的外電極7、 反應(yīng)器中的填料8。圖4是本發(fā)明提供的VOCs處理裝置對于甲苯去除率效果圖。
具體實施方式
反應(yīng)器材料為石英玻璃管，壁厚2.4mm，內(nèi)徑為17.9mm，外徑為20.3mm。在反應(yīng)器 兩端采用聚四氟乙烯絕緣片將反應(yīng)器密封，在兩端各開一 0=4mm的圓孔作為處理氣體進(jìn) 口和出口，在反應(yīng)器中心位置為內(nèi)電極，材料為04.62mm鎢絲，石英玻璃管外壁裹有一 鐵網(wǎng)作為外電極并且做接地處理。反應(yīng)器拉西環(huán)填料尺寸為內(nèi)徑5.6mm，外徑9.2mm，長 度為10.5mm，在拉西環(huán)基質(zhì)上涂覆有鐵電體材料，涂覆厚度為0.5mm。在內(nèi)外電極之間 連接高壓電源用于反應(yīng)器能量的提供，在放電過程中反應(yīng)器中及填料表面產(chǎn)生了大量的高 能電子和活性基團(tuán)，揮發(fā)性有機(jī)氣體由進(jìn)口 l進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)和活性基團(tuán)和高能 電子發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使污染物分子最終形成無毒無害氣體分子，最后由出氣 口4排出。圖3為以揮發(fā)性有機(jī)物代表物甲苯為目標(biāo)污染物進(jìn)行實驗的結(jié)果，實驗條件為 電源施加電壓為10kV，甲苯進(jìn)口流量約為2400mg/m3，其反映的是在不同電源頻率條件下 添加有鈦酸鋇填料、亞硝酸鈉填料和無填料下甲苯的去除效率，當(dāng)電源頻率為35KHz時， 沒有添加填料的反應(yīng)器、添加有亞硝酸鈉填料的反應(yīng)器及添加有鈦酸鋇填料的反應(yīng)器對于 甲苯的去除率分別為68.7%、 76.8%和89.6%，加有鈦酸鋇和亞硝酸鈉填料的反應(yīng)器對于甲 苯的去除率均高于無填料反應(yīng)器，換言之，在保持甲苯去除率的前提下，加有填料的反應(yīng)器比無填料反應(yīng)器需要的能量要低。
權(quán)利要求
1、一種自發(fā)極化揮發(fā)性有機(jī)污染物去除裝置，包括氣體進(jìn)口(1)、反應(yīng)器(2)、電源(3)、氣體出口(4)，其特征在于，還包括反應(yīng)器(2)兩端的絕緣片(5)、反應(yīng)器中心的內(nèi)電極(6)、反應(yīng)器外管纏有的外電極(7)，反應(yīng)器中的填料(8)，所述的填料為涂有鐵電體材料的拉西環(huán)，拉西環(huán)兩側(cè)的孔朝向反應(yīng)器的進(jìn)口和出口均勻放置于反應(yīng)器中。
2、 如權(quán)利要求l所述的自發(fā)極化揮發(fā)性有機(jī)污染物去除裝置，其特征在 于，所述的鐵電體材料為鈦酸鋇或者亞硝酸鈉。
全文摘要
一種自發(fā)極化揮發(fā)性有機(jī)污染物去除裝置屬于氣體污染物處理技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括氣體進(jìn)口(1)、反應(yīng)器(2)、電源(3)、氣體出口(4)，其特征在于，還包括反應(yīng)器(2)兩端的絕緣片(5)、反應(yīng)器中心的內(nèi)電極(6)、反應(yīng)器外管纏有的外電極(7)，反應(yīng)器中的填料(8)，所述的填料為涂有鐵電體材料的拉西環(huán)，拉西環(huán)兩側(cè)的孔朝向反應(yīng)器的進(jìn)口和出口均勻放置于反應(yīng)器中。當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定值后，填料發(fā)生自發(fā)極化，本發(fā)明可使反應(yīng)器在保持污染物去除率的前提下降低能耗。同時選用的亞硝酸鈉填料由于成本低廉，易于工業(yè)化應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡單，適用性強(qiáng)。
文檔編號B01D53/46GK101234286SQ20071017746
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者堅 李, 李依麗, 梁文俊, 濤 竹, 豆寶娟, 金毓峑 申請人:北京工業(yè)大學(xué)