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不同催化剂在等离子体空气净化器中的应用 赵 发 汪 莉 邢 奕 北京科技大学, 北京 100083 摘要 实验证明利用等离子体技术去除室内空气中的挥发性有机物, 在合适的流量和较高的放电电压下, 可以达到 90以上的去除效果。 但是如果对其产生的臭氧、CO 等气体不加以处理, 会对室内空气造成二次污染。 本研究以等 离子体技术净化室内空气后产生的尾气为研究对象, 考察利用催化转化技术去除这类尾气的效果, 并探讨合适的后置 催化剂和催化温度。 关键词 等离子体 室内空气污染 催化转化 催化剂 甲苯 0 引言 现在许多居室的装修和室内所用的装饰材料造 成严重的室内空气污染, 危害人体健康的例子越来越 多,室内污染物的成分和来源也越来越复杂 ,其主要 来源于以下两大类 ①人类日常生活中产生的污染 物,这类污染物包括 碳的氧化物 、硫的氧化物 、 氮的 氧化物 、 烟草烟雾、悬浮微粒等。 ②人类居住环境散 发的污染物 ,这类污染物包括 氡及其子体、氨气、甲 醛、 苯系物等。 国内外对室内空气污染的研究较多 ,尤其是美国 和日本。目前主要有吸附法、静电技术 、 负离子技术、 等离子体法、 催化剂法等 。 本实验中采用催化转化技术, 研究催化剂对等离 子体净化室内空气后产生尾气的去除。 1 实验仪器与设备、试剂及实验方法 介质阻挡放电等离子体发生器 自行设计 、 空气 压缩机、气体流量计 400 L h、1 L min 、 2 m 3 h 、调压 器、 变压器 、电热水浴锅 、 CEA-800 二氧化碳分析仪、 GXH-3011 红外线一氧化碳分析仪、大气采样器 、 锥形 瓶、 微量注射器 、 滴定管、标准气体 。 硫代硫酸钠 0. 1008 mol L , 碘化钾, 5淀粉 溶液 。 图1 所示的是等离子体处理室内空气污染中可 挥发性有机物的实验系统流程图。一路空气经过流 量计进入甲苯液体瓶 浸放在恒温 50℃ 的水浴锅中 中,将甲苯蒸汽吹入混气罐 ,另一路空气经过 1 个流 量计直接进入混气罐 。空气压缩机吹出的空气经过 1 个三通阀 , 一路用于吹出甲苯蒸汽 , 另一路直接进 入混气罐 。需要改变进入反应器的气体浓度时,只需 调节吹入甲苯瓶气体的流量即可。混合后的气体进 入等离子体反应器进行处理, 处理后的气体中含有残 余的甲苯和 O3、 CO 等副产物, 需要排放到室外。 图 1 等离子体处理室内空气污染中可挥发性有机物系统流程图 在净化装置前后各有 1 个采样口 ,同时使用微量 注射器进行采样 , 用气相色谱仪测定其浓度, 通过 2 个采样口采得气样中甲苯浓度的差值来考察反应 器对甲苯的净化效率 。电场强度通过调压器来改变, 变化范围在 0～ 9 400 V; 气体流速是通过气体流量计 来控制 ,变化范围在 60～ 2 000 L h; 入口浓度通过流 量计来控制 ,变化范围在 0～ 2 053 mg m 3 。 2 实验结果及分析 2. 1 电场强度对甲苯去除率的影响 实验条件 气体流量180 L h,电场强度范围是0～ 7. 84 kV cm ,常温常压下 ,相对湿度 40。 从图 2 可以看出, 甲苯的去除率随着电场强度的 增加而升高 。在放电电压达到6. 545 kV, 即电场强度 到达5. 45 kV cm时, 反应器有明显的放电声音 , 去除 率也有一个较大的提升。电场强度到达7. 84 kV cm 时, 去除效率最高可以到达 93。同时入口甲苯浓 43 环 境 工 程 2007年 4 月第25 卷第2 期 图 2 不同电场强度下甲苯浓度与去除率之间的关系 度的增高会导致去除率的下降 ,但是下降的幅度不是 很大 。 2. 2 气体流量对甲苯去除率的影响 实验条件 电场强度7. 84 kV cm, 流量变化范围 0. 06～ 2 000 L h,常温常压下 ,湿度 40。 实验中等离子体反应器电压控制在230V 。 图 3 表示苯和甲苯在不同流量下的去除效率 。 图 3 不同流量下苯与甲苯的去除率曲线 从图 3 可以看出电场强度较低时 ,对于甲苯的去 除效果很差,在做流量实验时选择230V的电压 ,以保 证电场和流量的关系更加明显 。图 3 中可以看出 ,随 着气体流量的提高反应器对于甲苯和苯的去除效率 都呈下降的趋势 。同时苯的去除效率较甲苯低。如 图4 所示,随着停留时间的增加去除效率随之上升 。 图 4 不同气体停留时间与去除率的关系曲线 2. 3 加后置催化的实验结果分析 实验条件 空气循环流量1 800 L h, 催化温度 68 ℃。 如图 5所示, 在污染源持续释放的情况下, 实验 舱中的污染物浓度在前 1～ 3 h中上升较快, 在约 4～ 5 h时达到峰值, 随后开始下降 。在14 h以后浓度降低 的很缓慢, 趋于稳定 。舱内的相对湿度也与污染物的 释放衰减规律相似, 当其到达一峰值后慢慢下降并稳 定在 40 左右。 图 5 污染源持续释放的污染物衰减曲线 图 6 湿度随时间的变化曲线 本实验选择的是1 800 L h, 即约1 h可以将舱内 气体循环净化一遍, 并以二氧化锰和三氧化二铝负载 铂 Al2O3-Pt 2 种催化剂作为后置催化, 气体流量增 大催化温度约在68 ℃。 故将 2 种催化剂均作4 h的连 续循环净化实验 ,结果如图7 、 8、 9、 10所示。 图 7 使用MnO2作为催化剂时各种污染物在不同时间时的去除效率 图8 使用Al2O3-Pt 作催化剂时各种污染物在不同时间的去除效率 44 环 境 工 程 2007年 4 月第25 卷第2 期 图9 使用MnO2与 Al2O3-Pt 作为 后置催化时对臭氧的控制效果比较 图10 使用MnO2与 Al2O3-Pt 作为 后置催化时对一氧化碳的控制效果比较 从图7 和 8 中可以看出在以1 800 L h的流量循 环净化4 h后各污染物的去除效率均能够达到近 50,对于二甲苯和苯乙烯的净化效率最后可达近 80。对于臭氧,二氧化锰的效果要更好,4 h后它可 以将室内的臭氧浓度控制在184 mg m 3左右 , 而氧化 铝负载铂对于臭氧的控制能力较弱 ,随着反应器的运 转臭氧浓度的上升较为明显。对于一氧化碳 ,两者控 制能力相差不多 ,氧化铝稍强一些 。 3 结论 通过对等离子体的基本理论及机理性实验研究, 进一步验证等离子体技术处理室内空气污染物中的 可挥发性有机物的机理及其加后置催化剂的处理效 果,结论如下 1 室内空气污染物中 VOCs 的去除率随着电场 强度的增强而增大, 随着气体流量的增加而减小。 2 在180 L h的流量, 7. 85 kV cm的电场强度下, 等离子体反应器对甲苯的去除率可以达到 90 左 右,去除效果很好 。在添加后置催化后 , 由于催化剂 的吸附作用去除率还可以进一步提高。 3 含有MnO2的催化剂对臭氧有很好的去除效 果,负载有双金属氧化物的催化剂对于臭氧的去除有 更明显的效果。对于一氧化碳的去除目前选用的几 种催化剂都不是很理想, 去除效率没有超过 50。 4 等离子体净化器的循环净化实验表明在4 h 的连续净化后, 小室内污染物的去除率可以达到 50,各VOCs的浓度均低于国家标准限值 , 延长净 化时间可以比较有效地去除污染物 。 参考文献 [ 1] 周中平, 赵寿堂等. 室内污染检测与控制. 北京 化学工业出版 社, 2002. [ 2] 孟宪谦, 薛友祥, 吕华, 崔海波, 秦金海, 李宪景. TiO2光触媒担 载多孔陶瓷室内空气净化元件的研究, 现代技术陶瓷, 2004, 2 16 -18. [ 3] 杨丽萍. 室内环境污染分析及防治措施, 天津科技, 2005, 4 56 -57. [ 4] 常桂兰. 氡与氡的危害, 铀矿地质,2002, 3 18 . 2 122. [ 5] 朱天乐. 室内空气污染控制. 北京 化学工业出版社, 环境科学 与工程出版社, 2004. 作者通讯处 邢奕 100083 北京科技大学环境工程系 2006- 12-04 收稿 简讯节能减排决心目标和责任不变 国家发展和改革委员会主任马凯 2007 年 3月 7 日在人民大会堂举行的记者招待会上强调, 我国将继续加大节能减排的力 度, 下决心完成中央制订的节能减排任务。 马凯说, 今年国家没有再提节能减排的年度目标, 主要是考虑到节能减排是由多种因素所决定的。 有些节能减排措施当年 采取, 见效可能在以后几年。 因此, 要把 5年的节能减排目标比较准确地分解到每一个年度, 有一定难度。 马凯指出, 虽然年度节能减排目标没有列出来, 但必须强调“ 三个不变、一个加大” 。 第一, 决心不变。 面对能源、资源的严重制约, 不走节能减排的路, 不走建设资源节约型和环境友好型社会的路, 中华民族没 有退路, 必须下决心节能减排。 第二, 目标不变。“ 十一五”规划纲要提出的单位 GDP 能耗在 5年内要降低 20左右, 主要污染物排放要减少 10, 这个目 标坚定不移, 要确保实现。 政府每年要负责任地向人大报告当年节能减排任务的完成情况, 5 年算总账。 第三, 责任不变。 国务院已经把 5 年节能减排目标分解到各省区市, 各省区市政府和有关企业要切实负起责任, 并且根据当 地的实际情况, 制订和提出阶段性的工作目标和任务, 努力去完成。 “ 一个加大”指的是, 节能减排的工作力度不但不减, 而且要继续加大, 有关部门、各地方、各企业, 要扎扎实实地落实这几项 措施。 摘自“ 中国环境报” 45 环 境 工 程 2007年 4 月第25 卷第2 期 APPLICATION OF VARIOUS CATALYSTS IN PLASMA AIR PURIFIER Zhao Fa Wang Li Xing Yi 43 Abstract The experiment indicated that plasma technology has excellent effect to remove indoor VOCs, and can reach more than 90 on condition of proper flux and stronger discharging voltage. Without treatment of ozone, CO and so on produced by the technology will lead to the second -pollution to atmospheric environment. Based on the technology of catalysis and trans, the effect of disposing tail gas pollution from purifying indoor air is also studied with catalyst. So it is discussed how to select proper postpositional catalyst and catalyzed temperature. In addition, how to devise the configuration of reactor that makes it adapt to more flux gas is also discussed. Keywords plasma, indoor air pollution, catalysis trans, catalyst and toluene DISCUSSION ON DOUBLE RETURN ROUTE ABSORPTION TOWER AND ITS CIRCULATION SLURRY COMPUTATIONWan Jinbao Li Yuanyuan 46 Abstract The double return route absorption tower can be applied to the flue gas desulfurization system of thermoelectric power station, sintering plant and so on. It owns the advantages of good mass transfer effect, high desulphurization rate and high gypsum purity , which has the superiority on reducing the development of natural gypsum resources and protecting resources. Through describing the principle and characteristics of the double return route tower, it is analyzed its structure and the perance step by step, and then furhter demonstrated its computational of circulation slurry. Keywords double return route, absorption tower, desulfurization and slurry REING BAG FILTER FROM ESP OF DEDUSTING SYSTEM OF SINTERING MACHINE TAIL AND ORE SIZINGChi Zhiyong 49 Abstract It is described the design of the electrical precipitator changing into a long low -voltage pulse dust catacher for 3 sets of dedusting systems of the sintering machine tail and the ore sizing area of an ore -sintering plant. It is introduced the existing defects of the original EP, the specific measures, the lectotype of main equipments, and the testing data of the dedusting system operations etc. It has operated reliably for 2 years, all the technical inds are always in good state. Keywords sintering machine, ore sizing, dedusting system, long low-voltage pulse dust catcher, electrical precipitator and reing bag filter from ESP NUMERICAL SIMULATION OF THE TEMPERATURE FIELD IN THE NEW GASIFIER HEATING BY HIGH TEMPERATURE SMOKEXiao Bo Wang Yingying Zhou Xinping et al 52 Abstract In order to know the pyrology state of the new gasifier heating by high temperature smoke, the combination of experiment and computational fluid dynamics was applied. By the computational fluid dynamics and the data from the pyrogenation experiment of the Chinese parasol tree leaves heating by electric cooker andthe new gasifier, itwas simulatedthe temperature field in the reactor. The resultsof the simulation show good agreement with experimental data. The numerical results also show that the temperature in the reactor wasdistributed suitably , the range of high temperature was wide, it can provide adequate energy for pyrogenation. At the same time, it was simulated the temperature field in the reactor when it was circulated continuously ,which was in favor of ameliorating the gasifier. Keywords high temperature smoke for heating, gasifier, temperature field and numerical simulation APPLICATION OF ROTARY KILN INCINERATOR IN MEDICAL WASTE TREATMENT Pei Zhaotang Wu Weixiang 55 Abstract In the treatment of medicalwastesincineration, the choice for furnace lines is the most concerned factor by the project designer as well as the key factor for the medical waste treatment canwhether achieve the aim of innoxiousness, decrement and resource, especially achieving the aim of innocuous treatment. It is focused on discussing the application of rotary kiln incinerator in the medical waste incineration treatment by the process design of medicalwaste incineration in a northwest city. Keywords medicalwastes, rotary kiln incinerator and process design DISPOSAL OF MSWI FLY ASH THROUGH A COMBINED Na3PO4-COAL ASH BINDER IMMOBILIZATION PROCESSZhang Dajie He Xinghua Hou Haobo 58 Abstract MSWI fly ash is considered a hazardous waste because of high heaavy metal concentration and must be treated. Combined Na3PO4-coal ash immobilization process was used to stabilize and solidify the heavy metal of MSWI fly ash. Results show that the disposal effect is good, and the MSWI fly ash can reach landfill standard by mixing 1. 5Na3PO4and 25 coal ash binder after 7 d curing. Keywords MSWI fly ash, Na3PO4, coal ash and stabilization -solidification FLOATING COVER TECHNIQUE OF REGULATING RESERVOIR FOR REFUSE LANDFILL Zhang Chaoping Luo Peng Huang Zhonglin 61 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25, No. 2,Apr. ,2007