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低温等离子体氧化法由于具有氧化性强和分解效率高等优点被认为是处理挥发性有机化合物(VOCs)的有效方法之一。在以往的研究报告中,用低温等离子体氧化法对VOCs中的甲醛和芳香烃类(如苯和甲苯)物质进行了较多研究,并取得较好的去除效果,而对于VOCs中长链烷烃类,特别是脂肪烃类物质的研究较少。本研究采用低温等离子体氧化法中的介质阻挡放电法分解长链脂肪烃(正癸烷),分别探讨了能量密度、正癸烷浓度和气体温度对正癸烷分解的影响,并就正癸烷在氩气、氮气和模拟空气(20%O2和80%N2的混合物)中的分解产物进行了分析,考察了正癸烷的介质阻挡放电分解机理。 研究结果表明:1)在氩气、氮气或模拟空气三种背景气体中的介质阻挡放电条件下,随着能量密度和气体温度增加,正癸烷转化率增加。在模拟空气中,当气体温度200℃,输入能量密度71.49 J/L,正癸烷初始浓度85.28 ppm时,正癸烷转化率达到了92.36%。在同一能量密度下,正癸烷在氩气、氮气和模拟空气中的能量效率基本一致,说明正癸烷分解跟背景气体种类关系不大。 2)从气相色谱(GC)与气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对正癸烷分解产物的分析结果发现,氩气和氮气背景气体中正癸烷分解后有CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3、C4、C5、C6H14、C7H16、 C8H18、C9H20和C10H20,同时,在氮气背景气体中反应后发现,反应器电极(铝棒)表面上有黄色物质附着,经GC-MS分析确认为含氮化合物(如C8H19N和C5H10N2),说明放电过程中,放电产生的氮原子和激发态氮也参与了正癸烷分解反应;在模拟空气中,GC与GC-MS分析得到的产物只有CO、CO2、2-癸酮、3-癸酮和4-癸酮等含氧化合物,没有含氮化合物,说明在有氧气和氮气共同存在下的模拟空气中,经高能电子碰撞后产生的活性物为氧(O)而不是氮(N),但在氮气中,氮原子和激发态氮参与了分解反应。 3)用扫描颗粒物粒径分析仪(SMPS)对放电后气体进行分析发现气体中有颗粒物产生。在相同放电条件下模拟空气和氮气中生成的颗粒物总数量浓度明显高于氩气中总数量浓度,说明在不同背景气体下,模拟空气中O原子和氮气中的N原子以不同的方式参与了颗粒物的形成。 4)通过检测正癸烷的分解产物考察了分解机理。正癸烷首先脱氢形成癸烷自由基(·C10H21),脱氢反应可能是由正癸烷和高能电子或粒子之间的碰撞引起。癸烷自由基进一步脱氢生成烯烃。如果在氩气或氮气中,癸烷自由基再经β键断裂反应分解成小分子烃。在氮气中N原子参与反应,生成少量含氮化合物。当背景气体中有氧气存在时,癸烷自由基被活性氧(如O原子)氧化成癸酮、CO和CO2,其中CO和CO2是放电区域产生的主要氧化物O氧化癸烷自由基分解的中间产物(CH3、 C2H4、C2H5、C3H7、C4H9和C5H11等)而得。