CN101342461A - 新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器 - Google Patents

Abstract

一种新型脉冲光催化—后金属氧化物催化等离子体反应器，包括筒体(4)、封头(1)、进气口(9)和出气口(2)，所述筒体(4)贯穿设置有金属管(10)，所述的金属管(10)外部依次设置有刚玉管(8)、光催化剂层(7)和钨丝(6)，所述的筒体(4)内壁上设置有金属网(5)，在筒体(4)内靠近出气口(2)的一端设置有后负载金属氧化物球型催化剂(3)。本发明能有效去除室内挥发性有机化学物VOCs或污水厂恶臭成分90％以上，净化效果好、能量利用效率高。

Description

新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器

技术领域

本发明涉及一种离子体反应器，具体涉及一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器。

背景技术

室内空气污染物具有浓度低，危害大的特点，其在引起人们广泛关注的同时，也推动了室内空气净化技术的进程。目前，仍被大量采用的净化方法主要有通风换气式、过滤式和吸附式等。然而，在可处理污染物颗粒大小、处理效率、处理有毒有害气体，例如NOx，SOx，VOCs等，以及杀灭细菌等方面，传统方法已无法满足现代室内空气污染治理的需求，尤其在用于低浓度空气污染物处理时，成本高、能耗大。

近年来，静电收集、臭氧氧化和气相过滤等新方法应运而生，众多方法中，低温等离子技术作为新兴空气污染物控制技术得到了人们的重视，它尤其适合净化以含有低浓度污染物为特点的室内空气。例如公告号：CN1597057，公告日：2005.03.23的中国专利文献公布了一种“低温等离子体吸附催化烟气脱硫装置及其脱硫方法”，是一种针对二氧化硫的净化处理装置及方法，在反应器中装填有吸附催化剂，在反应器内设有等离子体发生器，高压脉冲电源通过能量切换装置分别与两个低温等离子体反应器相接。但是在该发明中，等离子体的驱动与催化剂的驱动都分别需要消耗能量，而等离子体释放的电能则被浪费掉了，并且，放电形式为空气中的电晕放电，发光强度有限。静电收集仅能收集颗粒物质，不能产生氧化物质处理空气有机物。该发明仍然具有能耗高、净化效果差等缺点，不适于大范围推广使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有等离子体反应器普遍能耗高、净化效果差的不足，提供了一种能耗低、净化效果更好的脉冲光催化-后催化等离子体反应器。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，包括筒体、封头、进气口和出气口，所述筒体贯穿设置有金属管，所述的金属管外部依次包覆有刚玉管、光催化剂层和钨丝，所述的筒体内壁上设置有金属网，在筒体内靠近出气口的一端设置有后负载金属氧化物球型催化剂。

所述的金属管为不锈钢管。

所述的金属网为不锈钢金属网。

所述的封头为聚乙烯材料制成。

所述的钨丝缠绕设置成螺旋线型。

所述的光催化剂层为负载型TiO2。

所述的后负载金属氧化物球型催化剂为：Mn/γ-Al₂O₃、Cu/γ-Al₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃、Fe-Mn/γ-Al₂O₃、Cu-Mn/γ-Al₂O₃其中的一种构成，最好为1-5mm的γ-Al₂O₃。

所述的后负载金属氧化物球型催化剂还可以是由Mn/γ-Al₂O₃、Cu/γ-Al₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃、Fe-Mn/γ-Al₂O₃、Cu-Mn/γ-Al₂O₃其中的两种或两种以上的混合物构成。

所述的新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器输入能量密度范围5-200J/L。

与现有技术相比本发明具有以下明显的优点：能利用损失在紫外光中的能量，脉冲电晕放电和表面放电共同产生的活性物质驱动负载球型金属氧化物催化剂，此种催化剂可分解产物臭氧，在催化剂表面进一步利用臭氧分解的各类氧型体继续氧化空气污染物及中间产物；能有效去除室内挥发性有机化学物VOCs或污水厂恶臭成分90％以上，净化效果好，同时能量利用效率高。

附图说明

图1为本脉冲光催化-后催化等离子体反应器的结构示意图。

图中：1封头，    2出气口，  3后负载金属氧化物球型催化剂，   4筒体，

      5金属网，  6钨丝，    7光催化剂层，      8刚玉管，    9进气口，

      10金属管。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，包括筒体4、封头1、进气口9和出气口2，所述的筒体4内壁上紧贴设置一层金属网5，所述的金属网5为不锈钢金属网。所述的筒体4中轴线上，贯穿设置有金属管10，最好采用不锈钢管，并在一端接地设置；紧套在所述的金属管10中间段的外部设置有刚玉管8，刚玉管8表面负载有光催化剂层7，所述的光催化剂为负载型TiO2。光催化剂TiO₂具有抗氧化和光腐蚀、稳定无毒、催化活性高、价廉等优点，为增大比表面积，以利于反应物吸附而增大反应几率，采用纳米甚至量子级TiO₂。刚玉管8表面还缠绕设置有螺旋线钨丝6；在筒体4的靠近出气口2的一端设置有后负载金属氧化物球型催化剂3。所述的后负载金属氧化物球型催化剂3的负载物为1-5mm的γ-Al₂O₃，本实施例为3mm的γ-Al₂O₃，当然，后负载金属氧化物球型催化剂3还可以是：Mn/γ-Al₂O₃、Cu/γ-Al₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃、Fe-Mn/γ-Al₂O₃、Cu-Mn/γ-Al₂O₃其中的一种或两种以上金属氧化物球型催化剂的混合物，最好是选用Fe-Mn/γ-Al₂O₃二元催化剂。

本新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，等离子放电区实际上包括：一个缠绕在刚玉管8表面的螺旋线钨丝6做正电极，和两个负电极，即***刚玉管8内的不锈钢管10和紧贴反应器内壁的金属网5，在施加脉冲高电压时，最好的配备脉冲高压电源为脉冲高压20kV，频率200Hz，放电电容200pF，在螺旋线钨丝6与金属网5之间产生脉冲电晕放电，在螺旋线钨丝6与不锈钢管10之间同时产生表面放电。合理的设计，应保证被处理空气在反应器内处于稳定的电晕放电状态。本新型脉冲光催化一后金属氧化物催化等离子体反应器同时产生脉冲电晕放电和表面放电，所述的脉冲电晕放电垂直于轴向气体通路，表面放电会辐射出紫外光，驱动负载型光催化剂，从而利用损失在紫外光中的能量；脉冲电晕放电和表面放电共同产生的活性物质驱动后负载金属氧化物球型催化剂3，一般也通称为后金属氧化物催化剂，此种催化剂可分解产物臭氧，在催化剂表面进一步利用臭氧分解的各类氧型体继续氧化空气污染物及中间产物。

本新型脉冲光催化一后金属氧化物催化等离子体反应器也可根据需要在不同输入能量密度条件下分别单独产生脉冲电晕放电和表面放电。反应器输入能量密度范围5-200J/L，能有效去除室内空气污染物或控制污水厂恶臭成分90％以上，能量利用效率高。

Claims (10)

1.一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，包括筒体(4)、封头(1)、进气口(9)和出气口(2)，其特征在于：所述筒体(4)贯穿设置有金属管(10)，所述金属管(10)外部依次包覆有刚玉管(8)、光催化剂层(7)和钨丝(6)，所述筒体(4)内壁上设置有金属网(5)，所述筒体(4)内靠近出气口(2)的一端设置有后负载金属氧化物球型催化剂(3)。

2.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的金属管(10)为不锈钢管。

3.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的金属网(5)为不锈钢金属网。

4.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的封头(1)为聚乙烯材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的钨丝(6)缠绕设置成螺旋线型。

6.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的光催化剂层(7)为负载型TiO₂。

7.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的后负载金属氧化物球型催化剂(3)的负载物为：Mn/γ-Al₂O₃、Cu/γ-Al₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃、Fe-Mn/γ-Al₂O₃、Cu-Mn/γ-Al₂O₃其中的一种构成。

8.根据权利要求7所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的后负载金属氧化物球型催化剂(3)的负载物为1-5mm的γ-Al₂O₃。

9.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的后负载金属氧化物球型催化剂(3)的负载物为Mn/γ-Al₂O₃、Cu/γAl₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃、Fe-Mn/γ-Al₂O₃、Cu-Mn/γ-Al₂O₃其中的两种或两种以上的混合物构成。

10.根据权利要求1所述的一种新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器，其特征是，所述的新型脉冲光催化-后金属氧化物催化等离子体反应器输入能量密度范围为5-200J/L。