CN104043320B - 一种光催化等离子体结合超声波处理室内空气污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光催化等离子体结合超声波处理室内空气污染的方法。包括以下步骤：1、使用等离子体放电反应器产生流等离子体自由基、强电场和紫外光；2、通过强电场吸附PM2.5；3、通过等离子体自由基与空气中的VOCs反应，使其无害化；4、未完全反应的VOCs通过二氧化钛光催化剂进一步反应；5、反应产生的副产物NOx、O₃通过安全催化剂分解；6、水或者无毒有机物吸收剂通过超声波反应器与尾气充分混合，在填料区充分反应，将剩余颗粒物和VOCs留在有机吸收剂中；7、填料区使用电气石负载纳米二氧化钛填料。本方法具有低能耗、占地小、噪音小、适用范围广、运行安全可靠的优点。

Description

一种光催化等离子体结合超声波处理室内空气污染的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米光催化流光放电等离子体结合超声波有机物吸收技术处理室内空气污染物的方法，属于大气治理技术领域。

背景技术

随着日益加重的空气污染，雾霾发生的程度越来越高，频率越来越快，持续时间越来越长，PM2.5作为雾霾的重要指标，直接影响人们的生活安全与质量。PM2.5是指大气中直径≤2.5微米的颗粒物也称为可入肺颗粒物。它对空气质量和能见度等有很大影响。PM2.5由于粒径小、比表面积大、易附着各种有毒有害污染物、能够直接进入人体肺泡中，因此对人体健康产生严重威胁。由于PM2.5粒径小，很难自沉降或者被雨水冲刷掉，因此在空气中难以被去除。

挥发性有机物VOCs同样也是雾霾产生的重要原因之一，空气中的VOCs在太阳光的照射下产生反应形成二次污染生成光化学烟雾，具有强烈的刺激性、毒性、致癌性。

现阶段在室内能够有效处理PM2.5的方法仅有2种，一种是使用HEPA进行过滤；另一种是利用负离子使PM2.5颗粒物形成重离子沉降。但是这两种方法各有弊端。

1、使用HEPA进行过滤，需要频繁更换HEPA，因此使用费用昂贵，HEPA更换不及时会造成滤孔堵塞，同时污染的HEPA会滋生大量的微生物，变成新的污染源。

2、使用负离子去除PM2.5，PM2.5颗粒并没有从环境中消除掉，而是大量吸附在室内物体表面，造成室内灰尘增多，容易引起过敏、哮喘等其他疾病。

现阶段能在室内环境中使用的VOCs处理技术只有活性炭吸附和光催化技术，长时间使用时活性炭吸附效果较差，光催化技术由于催化剂主要靠紫外光激活产生自由电子和电子空穴，因此降解效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于室内环境的空气污染治理技术。通过使用直流高压电场将PM2.5颗粒物收集在电极上，使用高压流光放电产生的自由基处理室内VOCs，并通过放电产生的紫外光进行光催化降解，通过超声波将水或者有机物吸收剂雾化后与污染物混合，在电气石负载纳米二氧化钛填料表面充分反应，利用电气石具有的静电性，充分吸附剩余污染物，并进行催化氧化。放电反应的副产物NOx和O₃通过MnO₂安全催化剂去除。本方法克服现有技术使用费用高，易造成二次污染，处理效果差的问题。

一种室内空气污染的治理方法，其特征在于包括以下步骤：风机将空气引入放电反应器中，放电反应器是由双极针电极和纳米二氧化钛催化剂网组成的模块构成，空气在放电反应器出口通过MnO₂安全催化剂，再与超声波形成的水雾混合后进入填料中充分反应，最后回到室内。

（1）使用直流高压交错式双极针电极流光放电反应器，将污染空气通入放电反应器中，调节电压使正极形成稳定的流光。

（2）高压放电产生的高能电子轰击空气分子使气体带电形成等离子体，从而使污染物颗粒（特别是PM2.5颗粒）与等离子体结合形成重离子，重离子在强电场的作用下向电极移动，被吸附在电极上，针板电极由于在针端放电，可以避免电极积灰的影响。

（3）空气被高能电子轰击后形成等离子体、羟基自由基和臭氧等，VOCs会和这些物质发生反应被消除。

（4）高压流光放电会产生强紫外光，VOCs被吸附到光催化剂表面后受到紫外光照射，光催化剂表面形成电子空穴，具有强氧化性，能够氧化分解VOCs。

（5）由于空气中存在大量的氮气，放电时还会形成NO₂和O₃，这些副产物通过MnO₂安全催化剂消除。

（6）剩余未处理掉的PM2.5颗粒物和VOCs与超声波反应器产生的有机溶剂水雾混合后，进入填料区反应。电气石附载纳米二氧化钛填料具有很强的表面静电，吸附性强，因此剩余污染物和水雾被吸附到填料表面充分反应。

附图说明

图1为放电反应器电极组模块正视图。

图2为放电反应器电极组模块等轴测视图。

具体实施方式

空气通过风机引入流光放电反应器中，反应器使用高压直流电源，正负极均为针板电极，正负极的针交错排布。针尖3到另一极极板1的距离为2~5cm，同一块电极上针尖3间距2~4cm，电压大小为使正极发生流光放电为准。

放电反应器具有模块化，每个模块由多组电极板构成，其中针数较多的为正极板1，针数较少的为负极板2，模块进出口两端有纳米二氧化钛催化剂网4。

当空气通过放电反应器时，空气分子被高能电子轰击后形成等离子体，这些高能粒子带正电或负点，可以吸引不同极性的颗粒物形成重离子，使PM2.5颗粒物体积增大，电荷增强，在强电场的作用下运动到另一端电极上沉降下来。

针板电极1,2的板上有一层二氧化钛涂层，能够吸收放电反应产生的紫外光进行光催化氧化反应，在各组电极进出口均有一层纳米二氧化钛光催化剂网。

VOCs进入反应器后会受到放电反应产生的-OH基、-O基、O₃等强氧化剂的作用分解，同时由于放电产生的紫外线激发光催化剂，在催化剂网上形成电子空穴，电子空穴具有强氧化性，能够分解VOCs。

由于空气中还存在N₂和NOx，因此还会产生副反应

3O₂(高压)→2O₃

N₂+O₂→2NO

2NO+O₂→2NO₂

NO+O₃→NO₂+O₂

O₃和NO₂都是对人体有害的物质。

当空气在放电反应器出口处通过MnO₂安全催化网，MnO₂能够将O₃转化为O₂，将NO₂转化为NO₃ ^-。

当空气通过安全催化网后与超声波反应器产生的有机物吸收剂水雾混合，进入填料区，电气石附载纳米二氧化钛填料具有很强的表面静电会吸附金属离子、带电灰尘等，因此污染物与吸收剂在填料表面充分反应，使剩余的PM2.5微粒和VOCs被吸收剂吸收后通过填料截留下来。

Claims (8)

1.一种光催化等离子体结合超声波处理室内空气污染的方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）利用直流双极针电极低温等离子体放电反应器产生等离子体自由基、强电场和紫外光；

（2）利用放电反应器产生流光时的高能电子轰击空气分子，使空气分子电离，形成等离子体，同时还会形成大量的-OH、H₂O₂、O₃强自由基；

（3）利用放电产生的强自由基具有的强氧化性分解VOCs；

（4）电离空气和PM2.5颗粒会相互吸引形成重离子，重离子在强电场作用下向电极运动最后被电极捕获，从而从空气中分离出来；

（5）放电反应器产生流光的同时会产生紫外光，紫外光会激活光催化剂，形成电子空穴，形成的电子空穴具有强氧化性；

（6）一部分VOCs被纳米光催化剂吸附后，在催化剂上降解成无害的二氧化碳和水；

（7）放电反应还会形成副产物NOx和O₃，在MnO₂安全催化剂的作用下被分解掉；

（8）超声波反应器将水或者有机物吸收剂雾化后与尾气混合，共同进入填料区，在填料表面充分混合溶解后被填料截留分离出来，最后使出口排放达标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于放电反应器使用直流高压电源，电源正极接正极极板、电源负极接负极极板，极板为针板电极，正负针电极交错排布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于电源电压刚好使正极形成流光放电，正极为针数较多的电极板。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于正负极电极板上均涂覆有纳米二氧化钛催化剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于放电反应器由数个大小一样的电极组模块组成，模块化的电极组由数对正负针板电极交错排布，电极组两端装有光催化剂网。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于放电反应器出口装有MnO₂催化剂。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于超声波雾化水或者有机物吸收剂后与空气混合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用的填料为粒状电气石附载纳米二氧化钛。