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發(fā)酵廢氣治理——低溫等離子+光催化氧化技術(shù)

更新時間:2018-04-27 10:33 來源: 作者: 閱讀:18039 網(wǎng)友評論0

低溫等離子體與催化協(xié)同治理空氣污染技術(shù)在低溫等離子體放電區(qū)域,源源不斷地產(chǎn)生著高能電子、自由基,同時還有豐富的紫外線。高活性物質(zhì)使得常規(guī)條件下需要大量活化能(加熱到300℃以上)才能激活的催化反應(yīng)在室溫條件下就能夠順利進行。顯然,放電等離子體與催化劑協(xié)同作用,既可以增強放電等離子體對多種污染物的降解能力,也可以降低催化反應(yīng)的能耗,提高空氣凈化裝置的整體經(jīng)濟性。
 
光催化過程中能產(chǎn)生高活性氧化物(如光致空穴,羥基自由基等),但目前單一光催化技術(shù)的推廣應(yīng)用還存在一些技術(shù)障礙。在放電等離子體區(qū)域填充光催化劑,以放電過程產(chǎn)生的大量活性物質(zhì)驅(qū)動光催化劑,就可以實現(xiàn)光降解和等離子體降解的協(xié)同。
 
納米二氧化鈦在低溫等離子體和暈光的共同作用下可產(chǎn)生大量的羥基自由基。在羥基自由基、等離子體、暈光的協(xié)同作用下可以對通過間隙的空氣進行殺菌消毒、降解有害有機揮發(fā)物(VOCs)和除臭除味等處理。
 
當(dāng)?shù)入x子體放電產(chǎn)生的電子或光子能量大于納米TiO2禁帶寬度時,會激發(fā)納米TiO2的電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶,形成具有很強化學(xué)活性的電子—空穴對,并進一步誘導(dǎo)一系列氧化還原反應(yīng)的進行。其中產(chǎn)生的空穴具有很強的得電子能力,可與納米TiO2表面的OH-和H2O發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基:
 
TiO2+hv→TiO2(h++e-)
 
h++OH-→·OH
 
h++H2O→·OH+H+
 
羥基自由基·OH的氧化能力極強,其氧化還原電位為2.80V,與自然界中氧化能力最強的氟(氧化還原電位為2.87V)相當(dāng)。它可以氧化包括VOCs在內(nèi)的許多有機物,同時可以高效殺滅細(xì)菌病毒等離子體放電產(chǎn)生的等離體和紫外輻射,也具有滅菌消毒和分解有機物的能力。納米TiO2等離子體放電催化技術(shù)是在羥基自由基、等離子體、紫外輻射等因素共同作用下對空氣進行凈化的技術(shù)。并且,在有氧環(huán)境下放電能產(chǎn)生大量的臭氧,而臭氧在光催化劑TiO2的活化過程中起著重要的作用。與納米二氧化鈦光催化相比,它不需要紫外光源,能夠利用放電過程中的各種能量,同時產(chǎn)生大量羥基自由基,因此是一種新型的快速高效空氣凈化技術(shù)。
 
用該項技術(shù)處理有機廢氣具有以下優(yōu)點:
 
①能耗低,可在室溫下與催化劑反應(yīng),無需加熱,極大地節(jié)約了能源;
 
②使用便利,設(shè)計時可以根據(jù)風(fēng)量變化以及現(xiàn)場條件進行調(diào)節(jié);
 
③不產(chǎn)生副產(chǎn)物,催化劑可選擇性地降解等離子體反應(yīng)中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物;
 
④不產(chǎn)生放射物;
 
⑤尤其適于處理有氣味及低濃度大風(fēng)量的氣體。
 
但以下兩方面還有待改進:
 
①對水蒸氣比較敏感,當(dāng)水蒸氣含量高于5%時,處理效率及效果將受到影響;
 
②初始設(shè)備投資較高。該項技術(shù)在環(huán)境污染物處理方面引起了人們的極大關(guān)注,被認(rèn)為是環(huán)境污染物處理領(lǐng)域中很有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。

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