低温等离子体技术处理挥发性有机物(VOC)的实验研究

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本课题主要针对低温等离子体技术处理挥发性有机物进行了研究。 首先,对挥发性有机物的来源、危害以及现有的处理方法作了简要地介绍,并提出了低温等离子体技术是一种能耗低、效率高、无二次污染的新型处理技术。其次,根据等离子体的相关理论,得出了等离子体处理VOCs的机制:在放电反应产生的活性粒子(如高能电子、臭氧、自由基等)的作用下,发生一系列的物理化学反应,使有害的VOCs转化成无害的物质。其可能的途径是:高能电子经过与目标分子发生非弹性碰撞,将能量全部或部分传递给分子,使其裂解,激化等;接着,上述被高能电子裂解、激化的分子在臭氧和氧等离子体的作用下,被氧化成CO<,2>、CO和H<,2>O。 在高频电源条件下,围绕电源参数、反应条件参数以及反应器参数与污染物去除率之间的关系进行了实验研究。研究的主要内容及取得的成果和结论如下:应用电晕放电与介质阻挡放电相结合产生低温等离子体的方法,以甲苯或甲醛为目标污染物,主要探讨了在高频电源条件下外加电压、频率、气体流速或流量、进口浓度、介电管材质、介电管直径和电极直径等因素对污染物去除率或去除量的影响。 实验结果表明,污染物的去除率随着外加电压的增加而提高。频率对污染物去除率的影响与反应器的阻容性与变压器的漏感有关,当电源的输出频率等于谐振频率时,甲苯的去除效率为最高。随着进口浓度和流量的增加,污染物的去除率呈下降趋势,而污染物的去除量呈上升趋势。介电管材质的介电常数较高有利于气体放电和污染物的降解,介电管直径和电极直径之间对污染物的去除效果存在一定的匹配关系:对于粗管径反应器,细电极对甲苯的处理效果较好;对于细管径反应器,粗电极对甲苯的处理效果较好。总的看来,细管径反应管配合粗电极更利于污染物的去除。 围绕交流电源与直流电源作了对比实验。通过实验得出结论:在直流电场作用下,放电过程中易发生屏蔽现象,直流电源对甲醛的去除效果远不如交流电源好。 针对反应器的发热量问题作了初步研究。研究认为,频率过高产生电介质极化损耗是导致反应器介电管发热的主要原因,在实际应用中应根据经济性选择合理的频率。 最后,介绍了人工神经网络技术在实验中的应用。实验借助于MATLAB这一高性能的数值计算和可视化软件,将单隐层BP网络的非线性逼近技术与三维图形的可视化结合起来,对低温等离子体技术处理VOCs的相关工况参数作了数值逼近。
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