双螺旋沿面型介质阻挡放电降解PM2.5的研究

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随着经济的发展和城镇化的快速建设,城市空气污染成为我国广泛关注的焦点。近几年全国多城市多次出现严重雾霾天气,PM2.5监测指数爆表,对日常工作与生活造成巨大影响,各种新型实用处理技术应运而生。沿面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,SDBD)因为结构简单,易于控制,能耗少,能够在介质表面产生面积大且较为均匀的等离子体层和种类繁多的活性粒子,同时具有较高的功率密度,在环境保护、气流控制以及生物医学等领域有着广阔的应用前景,成为近年来的研究热点。  本文设计双螺旋沿面型介质阻挡放电装置,搭建了光电特性检测平台,研究了该装置在放电过程中的放电特性,测量电压、电流等参数,并进行了发射光谱等光学诊断,对一定浓度PM2.5进行循环降解的技术研究,主要工作如下:  1、综述了国内外环境治理技术的研究现状,陈述了常规降解PM2.5的方法,介绍了低温等离子体技术在环境治理方面的应用研究,阐述了沿面型介质阻挡放电降解PM2.5的工作原理、特点与优势。  2、设计了一种双螺旋电极结构的沿面型介质阻挡放电装置,讨论了外加电压幅值与放电电流、放电功率、介质电容Cd和间隙电容Cg之间的关系。结果表明:随着外加电压幅值的增大,放电电流越大,放电功率越大。在电压频率为7.5kHz时,电压从6kV增大到7.5kV时,放电电流增长率为80%,放电功率增长率为43%。介质电容Cd变化不大,由于空气的电离水平不同,Cg呈非线性变化。通过模拟仿真,得到了3维电场分布,估算出等离子体厚度为1.5mm。  3、利用双螺旋沿面型DBD装置进行PM2.5的降解实验研究,利用发射光谱,计算了等离子体的振动温度,讨论了电压幅值、放电频率对其产生的影响;探究了烟气初始浓度、电压幅值、频率和风机速度对PM2.5降解率的影响,讨论了风机速度、电压幅值对其副产物臭氧浓度的影响及其控制措施。结果表明:对200μg/m3的烟气,在U=7kV,v=0.5m/s,f=9kHz条件下处理24min,PM2.5降解率为80%,臭氧最大浓度控制为66ppm。  本文研发的双螺旋沿面型DBD放电装置对于PM2.5的降解,可以为局部空气净化提供一种新的技术手段。
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