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发酵废气治理——低温等离子+光催化氧化技术

低温等离子体与催化协同治理空气污染技术在低温等离子体放电区域,源源不断地产生着高能电子、自由基,同时还有丰富的紫外线。高活性物质使得常规条件下需要大量活化能(加热到300℃以上)才能激活的催化反应在室温条件下就能够顺利进行。显然,放电等离子体与催化剂协同作用,既可以增强放电等离子体对多种污染物的降解能力,也可以降低催化反应的能耗,提高空气净化装置的整体经济性。

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光催化过程中能产生高活性氧化物(如光致空穴,羟基自由基等),但目前单一光催化技术的推广应用还存在一些技术障碍。在放电等离子体区域填充光催化剂,以放电过程产生的大量活性物质驱动光催化剂,就可以实现光降解和等离子体降解的协同。

纳米二氧化钛在低温等离子体和晕光的共同作用下可产生大量的羟基自由基。在羟基自由基、等离子体、晕光的协同作用下可以对通过间隙的空气进行杀菌消毒、降解有害有机挥发物(VOCs)和除臭除味等处理。

当等离子体放电产生的电子或光子能量大于纳米TiO2禁带宽度时,会激发纳米TiO2的电子从价带跃迁至导带,形成具有很强化学活性的电子—空穴对,并进一步诱导一系列氧化还原反应的进行。其中产生的空穴具有很强的得电子能力,可与纳米TiO2表面的OH-和H2O发生反应生成羟基自由基:

TiO2+hv →TiO2(h++e-)

h++OH-→·OH

h++H2O→·OH+H+

羟基自由基·OH的氧化能力极强,其氧化还原电位为2.80V,与自然界中氧化能力最强的氟(氧化还原电位为2.87V)相当。它可以氧化包括VOCs在内的许多有机物,同时可以高效杀灭细菌病毒等离子体放电产生的等离体和紫外辐射,也具有灭菌消毒和分解有机物的能力。纳米TiO2等离子体放电催化技术是在羟基自由基、等离子体、紫外辐射等因素共同作用下对空气进行净化的技术。并且,在有氧环境下放电能产生大量的臭氧,而臭氧在光催化剂TiO2的活化过程中起着重要的作用。与纳米二氧化钛光催化相比,它不需要紫外光源,能够利用放电过程中的各种能量,同时产生大量羟基自由基,因此是一种新型的快速高效空气净化技术。

用该项技术处理有机废气具有以下优点:

①能耗低,可在室温下与催化剂反应,无需加热,极大地节约了能源;

②使用便利,设计时可以根据风量变化以及现场条件进行调节;

③不产生副产物,催化剂可选择性地降解等离子体反应中所产生的副产物;

④不产生放射物;

⑤尤其适于处理有气味及低浓度大风量的气体。

但以下两方面还有待改进:

①对水蒸气比较敏感,当水蒸气含量高于5 %时,处理效率及效果将受到影响;

②初始设备投资较高。该项技术在环境污染物处理方面引起了人们的极大关注,被认为是环境污染物处理领域中很有发展前途的高新技术之一。

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