高頻感應耦合等離子體降解甲醛-

1、2011年第31卷第2期化工環(huán)保ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY收稿日期20101025;修訂日期20101209。作者簡介熊舉坤(1983,男,湖南省永州市人,碩士生,主要進行等離子體處理廢氣方面的研究。電話135*,電郵xjuk2011163com。高頻感應耦合等離子體降解甲醛熊舉坤,黃海濤(廣東工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院,廣東廣州510006摘要采用外電極式感應耦合放電等離子體對甲醛廢氣進行處理。實驗結果表明:降低甲醛初始體積分數(shù)、增大輸入功率、降低氣體流量將有利于甲醛的降解;在輸入功率為100W、氣體流量為1L/min、甲醛初始

2、體積分數(shù)為2.55105的條件下,甲醛降解率可達993%。關鍵詞感應耦合等離子體;甲醛;降解;廢氣處理中圖分類號X701文獻標識碼A文章編號10061878(201102011904Degradation of Formaldehyde Using High-frequencyInductively Coupled PlasmaXiong Jukun,Huang Haitao(School of Environmental Science and Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou Guangdong510006,C

3、hinaAbstract:The formaldehyde-containing waste gas was treated using inductively coupled plasma with external electrode dischargeThe experimental results show that:The degradation of formaldehyde will benefit from lower initial formaldehyde volume fraction,higher input power and less gas flow;Under

4、the conditions of input power100W,gas flow1L/min and initial formaldehyde volume fraction255105,the degradation rate of formaldehyde can reach993%Key words:inductively coupled plasma;formaldehyde;degradation;waste gas treatment甲醛被廣泛應用于工業(yè)制造、材料加工等領域。然而,由于其具有潛在的不利健康因素,1995年國際癌癥研究機構將甲醛確定為可疑致癌物1。傳統(tǒng)的廢氣處理技

5、術有吸附法、冷凝法、膜技術、燃燒法、光催化法、生物降解法等27。但這些技術存在著處理效果不明顯、運行費用高、吸附(吸收劑再生困難、易產(chǎn)生二次污染等缺陷810。所以尋求有效的治理方法以清除室內空氣中的甲醛及其他揮發(fā)性有機污染物已成為亟待解決的問題。近二十年,各國研究了低溫等離子體處理無機和有機廢氣技術,其中包括電暈放電法、介質阻擋放電法、表面放電法、鐵電極填充床式反應器等1115。但是電暈法電暈區(qū)小,難以獲得穩(wěn)定且能耗低的等離子體;介質阻擋法分解效率低16;表面放電法結構復雜、放電空間不大、處理效率不高、易污染電極。高頻感應耦合反應器具有無電極污染、可生成純凈的等離子體、放電容易17等特點。甲醛

6、分子CH的電子能量小于5eV18,C=O的鍵能雖然很大,但甲醛降解時C=O不被打開,輸入等離子體的能量絕大部分被用來打開兩個鍵能僅為384eV 的CH19。而在冷等離子體中大多數(shù)高動能電子的能量為1 10eV,這就使得具有適宜動能的電子直接轟擊甲醛分子生成·CHO成為可能,由此得到甲醛的高分解率。本工作研究了高頻感應耦合等離子體在不同放電參數(shù)下對甲醛去除率的影響,得出了各參數(shù)對甲醛去除率的影響規(guī)律。1實驗部分1.1試劑和儀器甲醛標準氣體:40L,10.0MPa;干燥空氣:40 L,13.6MPa。·911·化工環(huán)保ENVIRONMENTAL PROTECTION

7、OF CHEMICAL INDUSTRY2011年第31卷JG 1KW C 型電源:長春星達電子儀器廠;416019.99m 型甲醛分析儀:美國INTERSCAN 公司;WJ 60B 型煙氣綜合分析儀:青島嶗山電子儀器總廠。1.2等離子體反應器 本工作自行設計外電極式感應耦合等離子體反應器,見圖1。反應管為石英管,長1000mm ,外徑100mm ,內徑94mm ;反應電極為空心銅管,外徑5mm ,內徑2mm ,空心銅線圈均勻環(huán)繞在石英管上,平行銅線間距為2mm ,總線圈數(shù)為9圈。將線圈通13.56MHz 的高頻電壓后產(chǎn)生感應耦合等離子體。 圖1感應耦合等離子體反應器1.3實驗方法實驗裝置示意

8、見圖2。干燥空氣與甲醛標準氣體經(jīng)流量計計量后通過混合器進入等離子體反應器, 反應后氣體由排出口排出。1.4分析方法采用甲醛分析儀測定甲醛濃度,計算甲醛去除率;采用煙氣綜合分析儀測定SO 2,NO ,CO ,NO 2等有害氣體濃度。2結果與討論2.1感應耦合放電觀察感應耦合等離子體反應器放電照片見圖3。由圖3可見:當輸入功率為50W 時,開始發(fā)生放電現(xiàn)象,放電發(fā)生在線圈電極內部及附近,產(chǎn)生均勻等離子體,近處呈現(xiàn)白霧狀,遠處呈紫色;隨著輸入功率的增加,放電逐漸向石英管兩邊擴延,中間放電更加明亮強烈;當輸入功率增至100W 時,放電充滿整個石英管,中間區(qū)域呈現(xiàn)白色等離子體,反應器周圍呈現(xiàn)紫色,電極兩

9、邊等離子體區(qū)域不均勻。圖3感應耦合等離子體反應器放電照片2.2輸入功率對甲醛去除率的影響在甲醛初始體積分數(shù)為2.55105、氣體流量為1L /min 的條件下,輸入功率對甲醛去除率的影響見圖4。由圖4可見:隨著輸入功率的增加,甲醛去除率逐漸增加;當輸入功率為50W 時,甲醛去除率達83.8%;當輸入功率為100W 時,甲醛去除率達99.3%。圖4輸入功率對甲醛去除率的影響當氣體壓強一定時,增加輸入功率的同時放電空間的電磁場將加強,電子從電磁場中獲得的能量也增加,電子溫度上升,與此同時電子與其他粒子的碰撞率亦增加,能量損失增多?？傮w而言,電子溫度隨放電功率的改變不大,但電子從電磁場中獲得的能量增

10、加可使其與中性粒子碰撞電離的幾率增大,產(chǎn)生更多的電子、自由基和活性粒子。因此,·021·第2期熊舉坤等高頻感應耦合等離子體降解甲醛 等離子體密度隨放電功率的增加而增大,從而增加了它們與氣體分子的非彈性碰撞,提高了去除率。Lee 等20對等離子體的各種參數(shù)進行研究時得出的結論也證明了這一點。2.3氣體流量對甲醛去除率的影響在甲醛初始體積分數(shù)為2.55105的條件下,氣體流量對甲醛去除率的影響見圖5。由圖5可見,隨氣體流量的增加,甲醛去除率降低;當輸入功率為70W 、氣體流量為1L /min 時,去除率達85.3%,氣體流量為5L /min 時,去除率為65.5%;輸入功率為1

11、00W 、氣體流量為1L /min 時,去除率為99.3%,氣體流量為5L /min 時,去除率為68.2%。 在相同輸入功率的條件下,氣體流量越小,產(chǎn)生的高能電子、·O 、·OH 等活性粒子得到電場的充分加速,能量越大,同時甲醛分子在反應器中的停留時間就越長,因此與活性粒子碰撞的幾率就越大,其去除率就會提高。氣體流量越大,氣體分子來不及被激發(fā)活化就離開等離子體反應器,同時引發(fā)碰撞的高能電子被加速的時間縮短,使得反應物轉化率降低。2.4甲醛初始體積分數(shù)對去除率的影響在輸入功率為100W 、氣體流量為5L /min 的條件下,甲醛初始體積分數(shù)對去除率的影響見圖6。由圖6可見:

12、甲醛去除率隨甲醛初始體積分數(shù)的增加而降低;當甲醛初始體積分數(shù)為1.28105時,甲醛去除率為78.7%;當甲醛初始體積分數(shù)為3.83105時,甲醛去除率降為61.2%。在相同條件下,甲醛初始體積分數(shù)越大,意味著甲醛分子越多,其與活性粒子的碰撞機會增多,所以甲醛的去除總量越大,能量利用率較高,但是去除率降低。圖6甲醛初始體積分數(shù)對去除率的影響3結論a 采用外電極式感應耦合放電等離子體對甲醛廢氣進行處理。高頻感應耦合放電隨著輸入功率的增加而變得強烈。b 在輸入功率為100W 、氣體流量為1L /min 、甲醛初始體積分數(shù)為2.55105的條件下,甲醛降解率可達99.3%。參考文獻1周中平,趙壽堂,

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16、rge and catalytic systemfor gaseous benzene removalJMol Catal A:Chem,2007,263:128136.13Wang Hongchang,Li Duan,Yan Wu,et alRemovalof four kinds of volatile organic compounds mixture inair using silent discharge reactor driven by bipolar pulsedpowerJJ Electrostatic,2009,67:547553.14Liang Wenjun,Li Jia

17、n,Li Jingxin,et alFormalde-hyde removal from gas streams by means of NaNO2di-electric barrier discharge plasmaJJ Hazard Mater,2010,175:10901095.15竹濤,李堅,梁文俊,等等離子體聯(lián)合技術處理揮發(fā)性有機化合物廢氣的研究進展J化工環(huán)保,2008,28(2:118121.16吳祖良,周勇平,高翔,等放電等離子體處理VOCs的研究J電站系統(tǒng)工程,2003,19(4:79. 17楊小平高頻電容耦合等離子體治理有機廢氣的實驗研究D北京:中國科學院研究生院,2005

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19、,506507:469473.(編輯王馨櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏·專利文摘·一種高含硫低滲透壓油藏采出廢水處理方法及裝置該發(fā)明公開了一種高含硫低滲透壓油藏采出廢水處理裝置,主要由來水管線、散氣氣浮池、兩級好氧生物接觸氧化池、沉降池、離心泵、細砂過濾罐、吸附過濾罐、保安過濾器、超濾系統(tǒng)、脫氧塔和玻璃鋼罐組成,其特征在于來水管線、散氣氣浮池、一級二級好氧生物接觸氧化池、沉降池、離心泵、細砂過濾罐、保安過濾器、超濾系統(tǒng)、脫氧塔和玻璃鋼罐之間逐序串聯(lián)連接;在散氣氣浮池頂部設有收油器,底部設有曝氣盤,在一級好養(yǎng)生物接觸氧化池底部設曝氣盤,在二級好氧生物接觸氧化池底部設有曝氣軟管,散氣氣浮池曝氣盤、一級好氧生物接觸氧化池曝氣盤和二級生物接觸氧化池曝氣軟管與設在散氣氣浮池和一級好氧接觸氧化池之間的羅茨風機出口管并聯(lián)連接。該發(fā)明解決了高含硫油藏采出廢水向低滲透壓油田回注問題。/ CN101898854A,20101201一種對苯二甲酸精制廢水母液固體回收方法該發(fā)明公開了一種對苯二甲酸(