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近年来,随着家居装修的普遍化,以甲醛为主要构成的室内挥发性有机化合物(VOCs,volatile organic compounds)的污染问题日益受到关注和重视。
目前,已有许多技术被开发用于控制VOCs,其中之一为低温等离子体技术用来分解VOCs。但现行的等离子体分解VOCs技术在有效脱除VOCs的同时具有成本高以及会产生不良副产物(CO,O3)等缺点。本论文利用DBD等离子体和光催化联用的方法来提高其分解VOCs的效率,降低VOCs的处理成本,并且有效的抑制了不良副产物的生成。
本实验选用甲醛作为反应对象,设计了平板式介质阻挡放电(DBD,dielectric barrierdischarge)一光催化复合反应器,在介质阻挡放电反应中分别添加TiO2/Al2O3,MnO2/TiO2/Al2O3,Fe2O3/TiO2/Al2O3,利用耦合作用处理模拟空气中甲醛。
实验探讨了反应器的放电空间体积,放电电压,反应器空速,模拟空气甲醛初始浓度对甲醛去除率的影响。并且以放电电压、反应器空速、甲醛初始浓度作为因素进行了正交实验来确定最佳反应条件。实验结果表明,当不用催化剂时,甲醛的降解率随放电空间体积、电极面积、放电电压、增大而增大,随模拟空气流速的增大而减小,随甲醛初始浓度的增大先增大后减小,并且存在一个甲醛初始浓度使得降解率达到最大。通过正交实验得出,放电电压20.7 kV,反应器空速320 min-1,甲醛初始浓度472 ppm为最佳反应条件。
实验研究了DBD等离子体与光催化剂协同降解甲醛的反应改进效果,结果表明:
1)当等离子体与光催化剂联用时,发现光催化剂对甲醛的降解率有显著的改观,在电源频率为6.2 kHz,放电电压20.7 kV,反应器空速320 min-1,甲醛初始浓度为472 ppm时,甲醛降解率最大可以达到87%。
2)在光催化剂上负载过渡金属氧化物(MnO2、Fe2O3)可以进一步提高降解甲醛的效率,并且可以提高反应选择性,抑制不良反应副产物(CO,O3)的生成。各催化剂的效果为:对甲醛的降解率之比:MnO2/TiO2/ Al2O3: Fe2O3/TiO2/ Al2O3: TiO2/ Al2O3:Blank=1.44:1.40:1.38:1,对反应产物的选择性大小依次为:MnO2/TiO2/ Al2O3,Fe2O3/TiO2/ Al2O3,TiO2/Al2O3。