專利名稱：裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種等離子放電反應器，尤其是一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法；這種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器既可用于汽車尾氣、煙道氣、大氣、室內空氣以及各種工業(yè)排氣的凈化，也可以用于臭氧制備。
背景技術：
等離子體反應器按電極結構來分，可以分成同軸圓心型(如圖9)、面-面型(如圖10)、針-面型(如圖11)以及針-針型(如圖12)。這4種等離子體反應器在電極之間只有氣體。如果電極之間加有介質阻擋，則又可分為同軸圓心介質阻擋型(如圖13)、管狀介質阻擋填充型(如圖14)、面-面介質阻擋型(如圖15和圖16)以及沿面介質阻擋型(如圖17)。圖9 圖17中，等離子體反應器的兩電極之間有氣體，當高電壓加到兩電極時，會在兩電極的氣體中形成放電空間。氣體放電時會產(chǎn)生大量活性化學物質，這些化學物質被用于各種用途，如氧原子被用于制備臭氧。然而，由于活性化學物質極易發(fā)生各種副化學物質反應，使活性化學物質的使用效率降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能高效利用活性化學物質的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，包括外接高壓電源和從上至下依次排列的電極1、介質阻擋板、催化劑層1、放電空間、催化劑層II以及電極II ;所述放電空間上至少設置有一個進氣口和一個出氣口 ；所述電極I通過金屬導線I連接到高壓電源的一個輸出端，電極II通過金屬導線II連接到高壓電源的另外一個輸出端；所述高壓電源輸出的電壓波形為脈沖形狀或交流形狀，電壓峰值在100V到150kV之間；所述催化劑層I和催化劑層II均由含氧酸鹽構成，所述含氧酸鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、鈦酸鹽、鐵酸鹽、錳酸鹽、釩酸鹽或鉻酸鹽；所述含氧酸鹽中包含的金屬為鈣、鋅、鉀、鎂、銅、鐵、鈉、鋁、錫、鎳、鈷、銻、鎘、鉍、鉻、錳、鍶和鋇中的一種或二種以上。作為對一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的改進:所述電極I和電極II的形狀為圓筒型、平板型或球型。作為對一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的進一步改進:所述電極I和電極II的材質為鐵、銅、銀、金、鉬、鋁、鈦、鎂、錳、鉛、錫、石墨、不銹鋼、銅合金或鋁合金。作為對一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的進一步改進:所述電極I和電極II之間的距離是0.1毫米 50厘米。作為對一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的進一步改進:所述介質阻擋板的材質為金屬氧化物、無機材料、有機材料或者金屬氧化物、無機材料以及有機材料的復合物；所述金屬氧化物為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎳或氧化鎂；無機材料為氧化硅、玻璃或云母；有機材料為塑料或橡膠。作為對一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的進一步改進:所述介質阻擋板的形狀為致密性膜、致密性板、多孔性膜、多孔性板、致密性和多孔性相結合的膜或者致密性和多孔性相結合的板；所述介質阻擋板的厚度為10納米到10毫米。一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的使用方法:氣體從放電空間的進氣口進入放電空間，通過放電空間后從出氣口離開放電空間；所述電極I和電極II通過高壓電源輸出的電壓將電場施加到放電空間的氣體上，使得氣體發(fā)生放電現(xiàn)象；在放電空間的電場中生成的氧原子被催化劑層I和催化劑層II的含氧鹽分子中的2個氧原子吸收形成一個有氧原子吸收的鹽；有氧原子吸收的鹽和可被氧化的物質如碳、碳氫化合物、氧氣等反應生成一氧化碳、水或臭氧。本發(fā)明的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器上設置有由含氧酸鹽構成的催化劑層I和催化劑層II ;在電極I和電極II接通高壓電源的時候，電極I和電極II通過高壓電源輸出電壓對放電空間內的氣體施加電場，使得放電空間內的氣體發(fā)生放電。電壓峰值在100V到150kV之間，電壓波形為脈沖形狀或交流形狀；在放電空間內，通過進氣口通入氣體，氣體通過放電空間后從出氣口離開放電空間。氣體中含有的氧氣分子、水等含氧物質被放電分解為氧原子，生成的氧原子被含氧鹽分子中的2個氧原子吸收形成一個有氧原子吸收的鹽；有氧原子吸收的鹽和可被氧化的物質如碳、碳氫化合物、氧氣等反應生成一氧化碳、水或臭氧。通過采用含氧酸鹽以及電極I和電極II之間的電場的共同作用下，提高了活性化學物質的利用效率，極大地提高氣體凈化效率。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法的主要結構示意圖；圖2是圖1中鹽催化劑反應器模塊400的主要結構示意圖；圖3是圖2的右側結構示意圖；圖4是圖1在發(fā)動機尾氣凈化處理中的結構示意圖；圖5是圖1中鹽催化劑反應器模塊400的第二種結構示意圖；圖6是圖1中鹽催化劑反應器模塊400的第三種結構示意圖；圖7是圖1中鹽催化劑反應器模塊400的第四種結構示意圖；圖8是實施例2中的PM的凈化相對效果示意圖；圖9是第一種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括電極I 102、電極II 103和放電空間101)；圖10是第二種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括電極I 202、電極II 203和放電空間201)；圖11是第三種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括電極I 302、電極II 303和放電空間301)；圖12是第四種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括電極I 402、電極II 403和放電空間401)；
圖13是第五種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括外部管狀電極502、內部管狀電極503、放電空間501和管狀介質阻擋504)；圖14是第六種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括板狀電極I 602、板狀電極II 603、放電空間601和板狀介質阻擋板604)；圖15是第七種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括板狀電極I 702、板狀電極II 703、放電空間701和板狀介質阻擋板704)；圖16是第八種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括管狀電極802、棒裝電極803、放電空間801和球狀介質阻擋804)；圖17是第九種現(xiàn)有的等離子體反應器結構示意圖(包括電極902、板狀電極903、放電空間901和板狀介質阻擋904)。
具體實施例方式一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法，包括電極1、電極I1、介質阻擋板、催化劑層I和催化劑層II ;電極I和電極II之間的空間內設置介質阻擋板，介質阻擋板上設置催化劑層I，正對著催化劑層I，在電極II上設置催化劑層II，催化劑層I和催化劑層II設置有放電空間；在使用的時候，電極I和電極II接通高壓電源，通過在電極I和電極II之間產(chǎn)生的電場以及催化劑層I和催化劑層II之間共同作用后對通過放電空間的氣體進行放電處理。由以下三個實施例具體說明本發(fā)明的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的具體結構以及使用的方法。實施例1、如圖1、圖2和圖3所示，一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器及使用方法，包括鹽催化劑反應器模塊400和不銹鋼反應器容器9 ;鹽催化劑反應器模塊400如圖2和圖3所示，包括從上至下依次排列的鹽催化劑層III 33、介質阻擋板III 23、電極I 11、介質阻擋板I 21、鹽催化劑層I 31、鹽催化劑層II 32、介質阻擋板II 22、電極II 12、介質阻擋板IV 24以及鹽催化劑層IV 34，介質阻擋板I 21與介質阻擋板II 22之間的前后兩側分別通過放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62相互固定(即通過放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62，在介質阻擋板I 21與介質阻擋板II 22之間隔離出放電空間4，放電空間4以沒有放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62的左右兩端做為氣體流通的進口與出口)；不銹鋼反應器容器9的左端設置有進氣口 7，不銹鋼反應器容器9的右端設置有出氣口 8，不銹鋼反應器容器9的內部空腔里設置有若干組鹽催化劑反應器模塊400，一組鹽催化劑反應器模塊400的介質阻擋板III 23與另外一組鹽催化劑反應器模塊400的介質阻擋板IV 24之間均通過其他的放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62相互固定，并形成另外的放電空間4。以上所述的電極I 11和電極II 12的材質是鐵、銅、銀、金、鉬、招、鈦、鎂、猛、鉛、錫、石墨、不銹鋼、銅合金或鋁合金。本發(fā)明的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的電極I 11和電極II 12采用的材質為不銹鋼。電極I 11和電極II 12之間的距離為0.1毫米 50厘米，電極I 11和電極II 12均采用平板形狀，尺寸為90x95x0.1mm3。以上所述的介質阻擋板I 21、介質阻擋板II 22、介質阻擋板III 23和介質阻擋板IV 24的材質為金屬氧化物、無機材料、有機材料或者金屬氧化物、無機材料和有機材料的復合物。金屬氧化物為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎳或氧化鎂；無機材料為氧化硅、玻璃或云母；有機材料為塑料或橡膠。本發(fā)明中的介質阻擋板I 21、介質阻擋板II 22、介質阻擋板III23和介質阻擋板IV 24所采用的材質為純度為96%的氧化鋁，尺寸為115x115x1mm3。介質阻擋板I 21、介質阻擋板II 22、介質阻擋板III 23和介質阻擋板IV 24的形狀為致密性膜、致密性板、多孔性膜、多孔性板、致密性和多孔性相結合的膜或者致密性和多孔性相結合的板；介質阻擋板I 21、介質阻擋板II 22、介質阻擋板III 23和介質阻擋板IV 24的厚度為10納米到10毫米。放電空間4上至少設置有一個氣體出口和一個氣體進口。放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62的材質為(115 x 10 x t)mm3的氧化鋁板或云母板，t為厚度，t的取值范圍為0.1毫米到20毫米之間(即放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62的材質為介質阻擋板材質中的一種)。本發(fā)明中采用的放電空間隔板I 61和放電空間隔板II 62的材質為115 X 10 X 0.5mm3的氧化招板。以上所述的鹽催化劑層III 33、鹽催化劑層I 31、鹽催化劑層II 32以及鹽催化劑層IV 34均是含氧酸鹽；含氧酸鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、鈦酸鹽、鐵酸鹽、錳酸鹽、釩酸鹽或鉻酸鹽；含氧酸鹽中所含有的金屬為鈣、鋅、鉀、鎂、銅、鐵、鈉、鋁、錫、鎳、鈷、銻、鎘、秘、鉻、猛、銀、鋇或I丐、鋅、鉀、鎂、銅、鐵、鈉、招、錫、鎳、鈷、鋪、鎘、秘、鉻、猛、銀或鋇組成的混合物。含氧酸鹽可以和其它物質混合存在于電極I 11、電極II 12或介質阻擋板的表面。以上所述的其它物質包括貴金屬或者氧化物。貴金屬是金、銀及鉬，氧化物是氧化鋁、氧化鎳、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈦、氧化鐵、氧化鉻、氧化錳或者氧化硅。在實際使用的時候，電極I 11上連接金屬不銹鋼導線II 52，電極II 12金屬不銹鋼導線I 51，金屬不銹鋼導線I 51和金屬不銹鋼導線II 52的另外一端分別與高壓電源300的兩個輸出端相連接，由高壓電源300輸出電壓，高壓電源300的輸出電壓波形可以是脈沖形狀或交流形狀，電壓峰值在100V到150kV之間。進入本發(fā)明的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器內部的氣體經(jīng)電極I 11和電極II 12放電后，在氣體中發(fā)生化學反應，從而達到凈化有害物質或制造有用物質的效果。進入裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器內部的氣體可以含有液體或固體顆粒。在實際使用的時候步驟如下:1、電極I 11和電極II 12分別通過金屬不銹鋼導線II 52和金屬不銹鋼導線I 51
與高壓電源300相連接。2、由高壓電源300輸出高壓電加載到電極I 11和電極II 12上，使得電極I 11和電極II 12之間的放電空間4形成一個電場，放電空間4內的氣體被電離后產(chǎn)生電子和離子。電子(即電離后產(chǎn)生的電子或者氣體中原先就存在的電子)在電場作用下獲得能量，然后與氣體中的分子或原子碰撞將分子或原子分解。由分解成生的各種化學物質引發(fā)各種化學反應(如下所示鹽的催化氧化機理):1、氧原子的吸收反應:
權利要求
1.裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器；外接高壓電源；其特征是:包括從上至下依次排列的電極1、介質阻擋板、催化劑層1、放電空間、催化劑層II以及電極II ； 所述放電空間上至少設置有一個進氣口和一個出氣口； 所述電極I通過金屬導線I連接到高壓電源的一個輸出端，電極II通過金屬導線II連接到高壓電源的另外一個輸出端； 所述高壓電源輸出的電壓波形為脈沖形狀或交流形狀，電壓峰值在IOOV到150kV之間； 所述催化劑層I和催化劑層II均由含氧酸鹽構成，所述含氧酸鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、鈦酸鹽、鐵酸鹽、錳酸鹽、釩酸鹽或鉻酸鹽； 所述含氧酸鹽中包含的金屬為鈣、鋅、鉀、鎂、銅、鐵、鈉、鋁、錫、鎳、鈷、銻、鎘、鉍、鉻、錳、鍶和鋇中的一種或二種以上。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，其特征是:所述電極I和電極II的形狀為圓筒型、平板型或球型。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，其特征是:所述電極I和電極II的材質為鐵、銅、銀、金、鉬、鋁、鈦、鎂、錳、鉛、錫、石墨、不銹鋼、銅合金或鋁合金。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，其特征是:所述電極I和電極II之間的距離是0.1毫米 50厘米。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，其特征是:所述介質阻擋板的材質為金屬氧化物、無機材料、有機材料或者金屬氧化物、無機材料以及有機材料的復合物；所述金屬氧化物為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎳或氧化鎂；無機材料為氧化硅、玻璃或云母；有機材料為塑料或橡膠。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器，其特征是:所述介質阻擋板的形狀為致密性膜、致密性板、多孔性膜、多孔性板、致密性和多孔性相結合的膜或者致密性和多孔性相結合的板； 所述介質阻擋板的厚度為10納米到10毫米。
7.裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器的使用方法，其特征是:氣體從放電空間的進氣口進入放電空間,通過放電空間后從出氣口離開放電空間； 所述電極I和電極II通過高壓電源輸出的電壓將電場施加到放電空間的氣體上，使得氣體發(fā)生放電現(xiàn)象； 在放電空間的電場中生成的氧原子被催化劑層I和催化劑層π的含氧鹽分子中的2個氧原子吸收形成一個有氧原子吸收的鹽； 有氧原子吸收的鹽和可被氧化的物質如碳、碳氫化合物、氧氣等反應生成一氧化碳、水或臭氧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裝載鹽催化劑的氣體等離子放電反應器；包括從上至下依次排列的電極Ⅰ、介質阻擋板、催化劑層Ⅰ、放電空間、催化劑層Ⅱ以及電極Ⅱ；放電空間上至少設置有一個進氣口和一個出氣口；電極Ⅰ通過金屬導線Ⅰ連接到高壓電源的一個輸出端，電極Ⅱ通過金屬導線Ⅱ連接到高壓電源的另外一個輸出端；高壓電源輸出的電壓波形為脈沖形狀或交流形狀，電壓峰值在100V到150kV之間；催化劑層Ⅰ和催化劑層Ⅱ均由含氧酸鹽構成，含氧酸鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、鈦酸鹽、鐵酸鹽、錳酸鹽、釩酸鹽或鉻酸鹽；含氧酸鹽中包含有鈣、鋅、鉀、鎂或銅等中的一種或二種以上的金屬。
文檔編號B01J19/08GK103120922SQ20131004696
公開日2013年5月29日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權日2013年2月6日
發(fā)明者姚水良, 吳祖良, 唐秀娟, 江博瓊, 陸豪 申請人:浙江工商大學