用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸附劑再生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及有機(jī)廢氣非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]吸附法是應(yīng)用最廣泛的有機(jī)廢氣處理方法。吸附過(guò)程的主要原理是通過(guò)吸附劑的表面范德華力和靜電作用力把吸附質(zhì)吸附在吸附劑的表面，同時(shí)吸附劑表面的吸附質(zhì)分子也會(huì)通過(guò)脫附過(guò)程重返氣相或液相中，最終達(dá)到吸附平衡。吸附法具有去除率高、工藝成熟、成本低廉、能耗低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。理想的吸附劑一般具有較高的比表面積、吸附量大、吸附可逆、表面疏水性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性高、再生容易、成本低廉等特點(diǎn)。常見(jiàn)的吸附劑有活性炭、粘土類吸附劑、Tenax系列的有機(jī)吸附劑、沸石分子篩、活性碳纖維等。
[0003]其中，活性炭是應(yīng)用最廣泛的吸附劑。但是活性炭理化性質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致其再生難，活性炭能與大分子VOCs發(fā)生聚合反應(yīng)而無(wú)法回收導(dǎo)致二次污染等問(wèn)題。研究表明粘土類吸附劑(如膨潤(rùn)土)經(jīng)過(guò)季銨鹽改性，加入中性胺，并以硅酸四乙酯作為無(wú)機(jī)前驅(qū)體，可制備出多孔粘土異質(zhì)材料(Porous Clay Heterostructures, PCH)，對(duì)VOCs有較理想的吸附性能，而且膨潤(rùn)土理化性質(zhì)穩(wěn)定。我國(guó)擁有全世界最豐富的膨潤(rùn)土礦產(chǎn)資源，占全世界總量的60%左右，分布在23個(gè)省、市、自治區(qū)，400多處礦點(diǎn)，已探明的儲(chǔ)量就已超過(guò)20億噸。因此，膨潤(rùn)土是一種值得關(guān)注的吸附材料，在今后的有機(jī)廢水、廢氣的吸附處理以及環(huán)境污染的修復(fù)等領(lǐng)域中有良好的應(yīng)用潛力。
[0004]在吸附工藝中，當(dāng)吸附劑吸附飽和后會(huì)失去繼續(xù)吸附的能力，由于吸附劑在吸附有害物質(zhì)后，吸附劑自身成為一種有毒有害的廢物，需要正確的處理，一般對(duì)吸附劑進(jìn)行再生。吸附劑再生是指在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去，從而使吸附飽和的吸附劑能夠重復(fù)使用的處理過(guò)程。目前常用的再生方法有:加熱法、蒸汽法、溶劑法、臭氧化法及生物法。其中熱再生發(fā)是目前應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的再生方法，但是它需要消耗高熱量且需要高溫條件，并且吸附劑自身容易損失。
[0005]等離子技術(shù)是指利用等離子體獲得高溫?zé)嵩吹囊豁?xiàng)技術(shù)。在化學(xué)工業(yè)中，利用等離子技術(shù)能實(shí)現(xiàn)一系列的反應(yīng)過(guò)程。其凈化作用機(jī)理包含兩個(gè)方面:一是在產(chǎn)生等離子體的過(guò)程中，高頻放電所產(chǎn)生的瞬間高能足夠打開(kāi)一些有害氣體分子的化學(xué)能，使之分解為單質(zhì)原子或無(wú)害分子；二是等離子體中包含大量的高能電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些活性粒子和部分有機(jī)氣體分子碰撞結(jié)合，在電場(chǎng)作用下，使有機(jī)氣體分子處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)有機(jī)氣體分子獲得的能量大于其分子鍵的結(jié)合能時(shí)，機(jī)氣體分子的化學(xué)鍵斷裂，直接分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成得無(wú)害氣體分子。同時(shí)產(chǎn)生的大量.0H、.HO2,.0等活性自由基和氧化性極強(qiáng)的03，與有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成無(wú)害產(chǎn)物。由于等離子體技術(shù)的無(wú)選擇強(qiáng)氧化性，所以該技術(shù)更加適合于本身吸附材質(zhì)不易氧化的非碳基等吸附劑，而不適用于碳基吸附劑。采用等離子體技術(shù)將非碳基吸附劑中的有機(jī)分子在強(qiáng)氧化性自由基的作用下降解為無(wú)害的COjPH2O,能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)分子的高效降解，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。而且等離子體放電過(guò)程中的氧化性基團(tuán)能夠改變吸附劑本身的化學(xué)特性，促進(jìn)化學(xué)吸附，從而提高吸附劑的吸附性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器及方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器，包括支架，所述支架內(nèi)設(shè)置有內(nèi)置空腔的反應(yīng)套筒；所述反應(yīng)套筒的空腔上側(cè)、下側(cè)分別設(shè)置有上電極和下電極；所述反應(yīng)套筒上端、下端分別設(shè)置有上進(jìn)氣口、下出氣口貫通其側(cè)壁后與反應(yīng)套筒的空腔相連通；所述支架上端設(shè)置高壓端接口與上電極相連接，所述支架下端設(shè)置接地端接口與下電極相連接。
[0008]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述支架為不銹鋼材料制成的不銹鋼支架；所述反應(yīng)套筒包括石英玻璃材料制成的上、下不封口的石英玻璃套筒，所述石英玻璃套筒的上、下兩端分別通過(guò)聚四氟乙烯材料制成的封蓋與底座封口 ；所述石英玻璃套筒與封蓋和底座之間分別設(shè)置有氟膠密封圈密封；所述上進(jìn)氣口、下出氣口分別貫穿封蓋、底座后與石英玻璃套筒、封蓋和底座構(gòu)成的密閉空間相連通。
[0009]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述上電極包括上電極板，所述上電極板設(shè)置有均勻分布的氣孔和針孔；所述針孔呈六邊形分布；所述針孔上設(shè)置有不銹鋼材質(zhì)制成的電極針。
[0010]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述電極針的尖針長(zhǎng)度10?20臟，尖針頂端直徑0.5?Imm ;尖針間隔10?15mm。
[0011]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述上電極板的上側(cè)面設(shè)置有調(diào)整其高度的連接桿II，所述連接桿II貫穿封蓋后與高壓端接口相連。
[0012]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述下電極包括不銹鋼粉末燒結(jié)板構(gòu)成的下電極板；所述下電極板中的平均孔隙是2?5 μπι，厚度2?5mm ;所述下電極板通過(guò)連接桿I貫穿底座后與接地端接口相連。
[0013]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述連接桿1、連接桿II與底座、封蓋之間分別通過(guò)聚四氟乙烯密封圈密封。
[0014]用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)方法，包括以下步驟:1)將需要處理的飽和吸附劑均勻地平鋪在下電極板上；2)調(diào)節(jié)上電極板與下電極板之間的距離，控制電極針的針端與下電極板的間距；3)將上進(jìn)氣口連接氧氣體或空氣，并控制流量計(jì)調(diào)節(jié)至一定的流量氣體自上而下流動(dòng)至下出氣口排出；4)上電極板接負(fù)高壓，下電極板接地；打開(kāi)高壓電源開(kāi)始高壓火花放電；5)下出氣口(6)處基本上檢測(cè)不到有機(jī)物質(zhì)時(shí)，再生結(jié)束；6)取出處理后的吸附劑，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次再生。
[0015]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述步驟2)中，電極針的針端與下電極板的間距為I?2cm ;所述步驟3)中，控制氣體在放電間隙的流速在0.0Ol?0.003m/s ;所述步驟4)中，將電壓調(diào)節(jié)至5?10kV/cm。
[0016]作為對(duì)本發(fā)明所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟5)的放電時(shí)間控制在3?4小時(shí)。
[0017]吸附工藝中，吸附劑吸附飽和后失去繼續(xù)吸附的能力，使之成為一種二次污染物，并需要處理和處置，為此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新穎的等離子體再生反應(yīng)器，對(duì)吸附劑高效再生，實(shí)現(xiàn)吸附劑的循環(huán)使用，降低吸附工藝的運(yùn)行成本。
[0018]采用等離子體方法能夠有效氧化吸附的有機(jī)廢氣，通過(guò)等離子體放電產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基0、0103等，將有機(jī)分子分解為0)2和H2O,實(shí)現(xiàn)無(wú)害化再生，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。另外，在等離子體放電氧化過(guò)程能夠使吸附劑表面形成豐富的孔隙，有助于物理吸附；同時(shí)等離子體放電過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基能夠與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在吸附劑中形成更多的氧化性基團(tuán)，有助于化學(xué)吸附。與傳統(tǒng)的熱再生相比，等離子體再生不存在二次污染問(wèn)題，且再生效果好，再生速度快，具有天然的優(yōu)勢(shì)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的創(chuàng)新點(diǎn):
[0020]I)利用等離子體的方法對(duì)吸附有機(jī)廢氣的非碳基吸附劑進(jìn)行再生，相對(duì)于常規(guī)的熱再生法普遍存在能耗高、吸附劑容易失活和造成二次污染等問(wèn)題，等離子體再生法能耗僅為熱再生的1/4，而且再生后有機(jī)廢氣完全轉(zhuǎn)化為無(wú)害的0)2和H2O,再生效果較為理想。
[0021]2)本反應(yīng)裝置采用流通式設(shè)計(jì)，不銹鋼粉末燒結(jié)板作為電極，能夠使含有大量氧化性活性自由基的氣體均勻的通過(guò)吸附劑再生層，同時(shí)含氧氣體的輸入為等離子體過(guò)程提供源源不斷的活性自由基，吸附劑中有機(jī)廢氣氧化充分，再生效果好。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]圖1是本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1的剖視圖；
[0025]圖3是圖1實(shí)際使用時(shí)，等離子體吸附劑再生流程圖；
[0026]圖4是圖1等離子體再生和熱再生比較(環(huán)己酮的吸附量和能耗)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1、圖1?圖4給出了一種用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器及方法。
[0028]用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器包括不銹鋼材料制成的不銹鋼支架4 ;在不銹鋼支架4內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)套筒；該反應(yīng)套筒包括石英玻璃材料制成的上、下不封口的石英玻璃套筒8，石英玻璃套筒8的上、下兩端分別通過(guò)聚四氟乙烯材料制成的封蓋9與底座10封口 ；石英玻璃套筒8與封蓋9和底座10之間分別設(shè)置有氟膠密封圈密封；封蓋9、底座10上分別設(shè)置有上進(jìn)氣口 7、下出氣口 6，該上進(jìn)氣口 7、下出氣口 6分別貫穿封蓋9、底座10后與石英玻璃套筒8、封蓋9和底座10構(gòu)成的密閉空間相連通。不銹鋼支架4上端設(shè)置高壓端接口與上電極相連接，不銹鋼支架4下端設(shè)置接地端接口與下電極相連接。
[0029]石英玻璃套筒8的上側(cè)、下側(cè)分別設(shè)置有上電極和下電極(上電極和下電極分別貫穿不銹鋼支架4的上端和下端后與高壓端和接地端連接)；上電極包