（氣態(tài)污染控制機(jī)理及方法）課件

室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第五章：空氣中氣態(tài)污染控制機(jī)理及方法室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第五章：空氣中氣態(tài)污染控制機(jī)理及方吸附凈化5.1光催化(光觸媒)凈化5.2非平衡等粒子體凈化5.3負(fù)離子凈化5.4臭氧凈化5.5吸附凈化5.1光催化(光觸媒)凈化5.2非平衡等粒子體凈化5

吸附作為工業(yè)上的一種分離過程，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在化工、石油、食品、輕工業(yè)及高純氣體的制備等工業(yè)部門。由于吸附具有很高的選擇性和高分離效果，能脫除痕量（10-6級(jí)）物質(zhì)，所以在空氣污染控制中吸附凈化法日益受到重視，特別是用于去除其它方法難以分離的低濃度有害物質(zhì)和處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的廢氣效果更好。

5.1.1吸附過程的理論基礎(chǔ)

吸附法就是利用多孔性的固體物質(zhì),將1種或幾種物質(zhì)吸附在其表面而去除的方法。根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為：①物理吸附②化學(xué)吸附吸附作為工業(yè)上的一種分離過程，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在化工、1）物理吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間產(chǎn)生的吸附，稱為物理吸附。

物理吸附因不發(fā)生化學(xué)作用，所以在低溫下就能進(jìn)行。一種吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)，沒有選擇性，只是一種吸附劑對(duì)各種吸附質(zhì)的吸附量是不同的。

物理吸附的特性：1.具有可逆性(可逆過程)；4.一種吸附劑可吸附多種物質(zhì)，無(wú)選擇性(只是吸附量不同而已)。3.吸附和解析后的物質(zhì)的性質(zhì)沒有改變；2.低溫下吸附，高溫下可解析；1）物理吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間產(chǎn)生的吸附，稱為物理2）化學(xué)吸附

化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)作用，是由化學(xué)鍵力引起的。

化學(xué)吸附的特性：1.吸附是由化學(xué)鍵力引起的；4.吸附過程一般為不可逆過程；3.吸附具有選擇性(只能吸附一種或幾種物質(zhì))；2.一般在較高環(huán)境下進(jìn)行；5.不易解析，即使高溫解析了，解析的氣體會(huì)改變?cè)匦?。物理吸附和化學(xué)吸附并不是孤立的，往往相伴發(fā)生。

2）化學(xué)吸附化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)5.1.2吸附劑及其選擇一、對(duì)吸附劑的要求：

（1)有大的比表面積,吸附能力強(qiáng);(2)吸附選擇性要好;(3)具有一定的粒度,較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性;(4)大的吸附容量;(5)來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉;(6)容易再生和再利用。二、常用吸附劑及其功能：見表5.1

表5.1各種吸附劑可去除的有害氣體吸附劑可去除的有害氣體活性炭苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛、苯乙烯、氯乙烯、惡臭物質(zhì)、硫化氫、氯氣、硫氧化物、氮氧化物、氯仿、一氧化碳浸漬活性炭烯烴、胺、酸霧、堿霧、硫醇、二氧化硫、氟化氫、氯化氫、氨氣、汞、甲醛活性氧化鋁硫化氫、二氧化硫、氟化氫、烴類浸漬活性氧化鋁甲醛、氯化氫、酸霧、汞硅膠氮氧化物、二氧化硫、乙炔分子篩氮氧化物、二氧化硫、硫化氫、氯仿、烴類5.1.2吸附劑及其選擇一、對(duì)吸附劑的要求：（1)有大(1)活性炭

(一)活性炭制作活性炭是目前應(yīng)用較多的一種吸附劑，用于氣體凈化的活性炭是以煤粉等為原料，以煤焦油做調(diào)和劑，成型后經(jīng)干燥、炭化、活化等工序制成。工藝：原料經(jīng)粉碎及加黏合劑成型后，經(jīng)加熱脫水（120～130℃）、炭化（170～600℃）、活化（700～900℃）而制得。(二)特性(1)具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì);(2)可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿;(3)能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用;(4)不易破碎;(5)幾何特性見表5.2所示。(三)活性炭的選擇：活性炭小孔的表面積占比表面積的95%以上，所以吸附量主要受小孔支配。由于活性炭的原料和制造方法不同，細(xì)孔的分布情況相差很大，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的分子直徑和活性炭的細(xì)孔分布情況選擇合適的活性炭。(1)活性炭(一)活性炭制作活性炭是目前應(yīng)用較多的表5.2常用吸附劑的特性

比表面積(m2/g)孔隙體積微觀孔/宏觀孔(cm3/g）松散密度（g/L）比熱容(J/kg.K)活性炭（木炭）1000～15000.6～0.8;0.5～0.8300～500840木炭-窄孔600～10000.3～0.6;0.3～0.4400～500840木炭1000.05～0.10;0.2～0.3600840氧化硅膠-窄孔600～8500.35～0.45;0.1700～800920氧化硅膠-大孔250～3500.3～0.45;0.05～0.10400～800920活性氧化鋁100～4000.4;0.1700～800880分子篩500～10000.25～0.30;0.3～0.4600～900920物理性質(zhì)吸附劑

表5.2常用吸附劑的特性比表面積孔隙體積微觀孔/宏觀孔(2)樹脂吸附劑樹脂吸附劑也叫吸附樹脂，是一種新型有機(jī)吸附劑。具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈多孔海綿狀，加熱不熔化，可在150℃下使用，不溶于一般溶劑及酸、堿，比表面積可達(dá)到800m2/g；按照基本結(jié)構(gòu)分類，吸附樹脂大體可分為非極性、中極性、極性和強(qiáng)極性四種類型。樹脂吸附劑的結(jié)構(gòu)容易人為控制，因而它具有適應(yīng)性大，應(yīng)用范圍廣、吸附選擇性特殊、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，并且再生簡(jiǎn)單。(3)活性炭纖維

最近研制出的一種活性碳纖維，纖維直徑為10～20μm，具有和活性碳一樣的吸附特性。形狀采用W字形、圓筒形、卷繞形等。(2)樹脂吸附劑樹脂吸附劑也叫吸附樹脂，是一種新型有機(jī)吸

有關(guān)資料報(bào)道，活性炭纖維的外表面積比粒狀活性炭大100倍以上．兩者的體積密度相差10倍，與粒狀活性炭相比，活性炭纖維有更多的微孔直接與吸附質(zhì)接觸，而且吸附質(zhì)直接暴露于纖維表面進(jìn)行吸附和解析，因而也能更快達(dá)到吸附平衡而更有效地利用微孔。比表面積相同時(shí)，活性炭纖維比粒狀活性炭吸附質(zhì)的吸附能力更高，而吸附低濃度的以及痕量的吸附質(zhì)時(shí)也更有效。由于活性炭纖維具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特征以及良好的吸附性能，在室內(nèi)空氣凈化方面也取得了較好的效果，活性炭纖維不僅能廣泛用于有機(jī)物的吸附與清除，而且能夠有效地去除異味。

有關(guān)資料報(bào)道，活性炭纖維的外表面積比粒狀活性炭大105.1.３吸附理論與吸附性能參數(shù)的測(cè)定吸附平衡與吸附過程所進(jìn)行的時(shí)間(即吸附速率)是吸附分離效果的關(guān)鍵因素。1)吸附平衡

吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)時(shí)間接觸最終可達(dá)到吸附平衡。

靜吸附量分?jǐn)?shù)用XT或m吸附質(zhì)/m吸附劑表示(為無(wú)量綱量)。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度間有一定的等溫吸附函數(shù)關(guān)系。等溫吸附關(guān)系式有多種形式，常用的關(guān)系式：

朗格謬爾(Langmuir)方程式設(shè)吸附質(zhì)對(duì)吸附劑表明的覆蓋率為θ,則未覆蓋率部分為(1-θ),若氣相側(cè)分壓為p,則吸附速率為K1P(1-θ),解吸附速率為K2θ,當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí),則:5.1.３吸附理論與吸附性能參數(shù)的測(cè)定吸附平衡與吸或

式中，---吸附、解吸常數(shù)。

若令

,以A表示飽和吸附量，則單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量

可表示為：

上式為朗式方程,式中

為常數(shù)。若將其覆蓋率

表示，其中

為氣體分壓力P時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積；

為吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。則上式可改寫成:或式中，---吸附、解吸常數(shù)?；蛴脤?duì)

做圖應(yīng)得一條直線。由直線的斜率和截距便可計(jì)算

與

的值。朗式方程能解釋很多試驗(yàn)結(jié)果，是目前常用的等溫吸附方程式。

2)吸附速率(速度)

吸附過程常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到兩相平衡，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其接觸時(shí)間是很短的，因此吸附量取決于吸附速率，與吸附過程有關(guān)。吸附要經(jīng)過以下3個(gè)過程：

①被吸附物質(zhì)向吸附劑周圍流體界面膜擴(kuò)散，稱為外擴(kuò)散過程。②被吸附物質(zhì)向吸附劑粒子內(nèi)擴(kuò)散，稱為內(nèi)擴(kuò)散過程。③吸附劑內(nèi)表面吸附，稱為吸附過程?；蛴脤?duì)做圖應(yīng)得一條直線。由直

現(xiàn)分析填充密度為,吸附劑粒子的外表面為,填充層長(zhǎng)度為

的吸附劑填充層上產(chǎn)生的吸附過程。可以認(rèn)為,在氣相與吸附劑粒子的界面上存在著雙層界膜,如圖5.1所示的。假設(shè)在界膜層內(nèi)某一點(diǎn)上,氣相主體的被吸附物質(zhì)濃度為C,吸附劑粒子表面的被吸附物質(zhì)濃度為CB,吸附劑表面的吸附量為qB,吸附劑粒子內(nèi)的吸附量為q,那么單位體積的吸附量隨時(shí)間的變化具有下列關(guān)系式：式中,kG

——?dú)怏w界膜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分移動(dòng)系數(shù)；

kS

——粒子內(nèi)的物質(zhì)分移動(dòng)系數(shù)。

在一般的物理吸附中,第③項(xiàng)過程進(jìn)行得非常迅速,而第①或②項(xiàng)決定著吸附全過程的速度?，F(xiàn)分析填充密度為,吸附劑粒子的

由于式中CB

,qB往往是很難實(shí)際測(cè)定和判斷的,所以還是把吸附的整個(gè)過程歸并到氣相或固相部分,綜合表示比較方便。如圖5.2所示,如果C和q分別取平衡點(diǎn)q*和,則可用下式表示：式中,KG

——按濃度合并的物質(zhì)總移動(dòng)系數(shù)；

KS

——按吸附量之差合并的物質(zhì)總移動(dòng)系數(shù)。圖5.1雙層界膜模型

圖5.2雙層界膜模型與等溫吸附線的關(guān)系

由于式中CB,qB往往是很難實(shí)際測(cè)定和判斷的,所

假設(shè)吸附平衡為已知條件,則根據(jù)式(5.6)和式(5.7)求出物質(zhì)移動(dòng)系數(shù)之間的關(guān)系,令

,則得出下式：即式中,β——等溫吸附平衡曲線的平均斜率。

上式只有在填充層長(zhǎng)度l足夠大時(shí)才能成立。在物理吸附情況下,用液體界膜物質(zhì)移動(dòng)系數(shù)kL代替kS,就可以得到與上式完全相同的關(guān)系式。假設(shè)吸附平衡為已知條件,則根據(jù)式(5.6)和式(5.5.1.4吸附技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用近年來(lái)通過對(duì)SBS的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代化大樓最常見的分子污染是VOC污染,它是建筑內(nèi)各種異味的主要根源,分子擴(kuò)散速度的量級(jí)大大高于微粒。因此,控制分子污染是對(duì)通風(fēng)空調(diào)技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。表5.4比較了活性炭纖維和粒狀活性炭的吸附容量。吸附質(zhì)活性炭纖維粒狀活性炭吸附質(zhì)活性炭纖維粒狀活性炭正丁硫醇1104.8613.0甲苯333243二甲硫醚686.6436.6環(huán)乙烷232185二硫化碳723.4520.1丙醇319224苯326213甲醇288205苯乙烯328219表5.4有機(jī)物的平衡吸附容量單位:mg/g5.1.4吸附技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用近年來(lái)通過對(duì)S與粒狀活性炭相比，活性炭纖維除具有大得多的比表面積外，同時(shí)還具有大量的微孔結(jié)構(gòu)的特征，致使吸附質(zhì)在活性炭纖維內(nèi)擴(kuò)散阻力減小，吸附速度加快。由于活性纖維具有更多的微孔直接與吸附質(zhì)接觸，而且吸附質(zhì)直接暴露于纖維表面進(jìn)行吸附和解吸，因此也能更快達(dá)到吸附平衡，能有效地利用微孔。在同樣的比表面積時(shí)，活性炭纖維比粒狀活性炭對(duì)吸附的能力更高，而吸附低濃度的吸附質(zhì)時(shí)也更有效。由于活性炭纖維具有良好的結(jié)構(gòu)特征以及優(yōu)異的吸附性能，在廢水治理、飲用水凈化方面，已經(jīng)取得了理想的效果。在室內(nèi)空氣凈化方面，也取得了較好的效果，活性炭纖維不僅能廣泛用于有機(jī)物的吸附清除，而且能夠有效驅(qū)除異味。日本有關(guān)專家的研究證明，活性炭纖維能高效吸附香煙煙霧中的有害成分，有效地清除香煙煙霧中的有害物質(zhì)。與粒狀活性炭相比，活性炭纖維除具有大得多的比表面積外光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有氧化還原能力而凈化污染物的。即:概述：催化劑+紫外光線照射氧化、還原吸附凈化污染物自1972年Honde等人發(fā)現(xiàn)TiO2被光照輻射后可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)，并產(chǎn)生H2以來(lái)，人們對(duì)這一催化反應(yīng)過程進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，這一技術(shù)不但在廢水凈化處理方面具有巨大潛能，在空氣凈化（特別是在揮發(fā)性有機(jī)物VOC）方面也具有廣闊應(yīng)用前景。光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有氧化還原能該項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者們十分關(guān)注研究與開發(fā)的重要課題之一，納米光催化凈化技術(shù)還在其他領(lǐng)域中占有重要研究?jī)r(jià)值（如航天、航海、醫(yī)療業(yè)）。由于光催化氧化分解揮發(fā)性有機(jī)物，可以利用空氣中的O2作氧化劑，而反應(yīng)能在常溫常壓下進(jìn)行，在分解有機(jī)物的同時(shí)還能殺菌除臭，所以特別適合于室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的凈化。該項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者們十分關(guān)注研究與開發(fā)的重1、光催化材料處理VOC作用原理：“光催化”——這一術(shù)語(yǔ)本身就意味著光化學(xué)與催化劑二者的結(jié)合，二者是引發(fā)和促進(jìn)催化氧化反應(yīng)的必要條件。TiO2——作為催化劑(是由其本身的光電特性所決定的)。即在光電轉(zhuǎn)換中

進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。1.半導(dǎo)體粒子的能帶結(jié)構(gòu):(右圖示)

根據(jù)半導(dǎo)體粒子特性，超細(xì)半導(dǎo)體粒子所含有的能帶結(jié)構(gòu)，通常是由一充滿電子(h+)的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能導(dǎo)帶(e-)構(gòu)成。它們之間禁帶分開,TiO2禁帶寬度為3.2ev。導(dǎo)帶e-價(jià)帶h+禁帶3.2ev

TiO2半導(dǎo)體材料納米微粒5.2.1光催化作用機(jī)理與光催化氧化反應(yīng)模型1、光催化材料處理VOC作用原理：“光催化”——這一術(shù)語(yǔ)本身2.凈化原理

原理:

當(dāng)半導(dǎo)體材料受到紫外線照射時(shí)(波長(zhǎng)λ≤387.5nm),價(jià)帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，電子與空穴分離并遷移到粒子表面的不同位置。而電子具有強(qiáng)還原性，帶正電的空穴具有強(qiáng)氧化性，電子可使空氣中O2的還原；空穴可使H2O氧化,生成H2O2,OH等氫氧根基團(tuán)，這些基團(tuán)的氧化能力極強(qiáng)，使原本不吸收光的物質(zhì)被活化而氧化，即將有機(jī)污染物氧化，并生成鹵素離子類等無(wú)機(jī)物質(zhì)的小分子。從而使VOC完全無(wú)機(jī)化，達(dá)到消除VOC之目的，同時(shí)也起到了除臭作用。光催化（觸媒）凈化原理圖2.凈化原理原理:光催化（觸媒）凈化原理圖3.特點(diǎn)：

（1）直接用空氣中的O2作氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓）；（2）可以將有機(jī)污染物分解為CO2和H2O等無(wú)機(jī)小分子，凈化效果徹底；（3）半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸附飽和現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)。二、光催化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型

與一般的催化反應(yīng)類似,光催化氧化分解有機(jī)物的反應(yīng),一般涉及到兩個(gè)過程:其一,傳熱傳質(zhì)過程;其二,光催化反應(yīng)過程。

兩過程包括下列7個(gè)步驟：

①反應(yīng)物從氣流中通過層流邊界層向催化劑外表面擴(kuò)散；②反應(yīng)物從催化劑外表面通過微孔向催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散；③反應(yīng)物被催化劑表面化學(xué)吸附；④反應(yīng)物在催化劑表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)；⑤反應(yīng)產(chǎn)物脫附離開催化劑表面；⑥反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散；⑦反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流中。3.特點(diǎn)：（1）直接用空氣中的O2作氧化劑，反應(yīng)條件溫和（研究表明,TiO2光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)符合蘭繆爾-欣伍德Langmiur-Hinshelwood(LH)模型,最具有代表性,其表達(dá)式為：

式中，——反應(yīng)速率；——反應(yīng)物吸附平衡常數(shù)；——光催化反應(yīng)常數(shù)；——反應(yīng)物分壓；——指數(shù)。上述模型適用于在不同活性中心進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。對(duì)于室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物光催化氧化過程,在O2和H2O濃度保持不變，該模型可簡(jiǎn)化如下：

研究表明,TiO2光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)符合蘭繆爾-欣伍德Lang對(duì)上式求積分后化簡(jiǎn)可得：

式中，C

——有機(jī)物濃度;

t——反應(yīng)時(shí)間,ns；

“-”

——濃度衰減。實(shí)例驗(yàn)證:設(shè)實(shí)驗(yàn)條件為光源是直型9W紫外燈,波長(zhǎng)253.7nm,且是常溫常壓,丙酮初始濃度分別為6.675mg/L、8.900mg/L、11.125mg/L、13.350mg/L的情況下,以丙酮光催化降解前15min質(zhì)量濃度下降值來(lái)考察初始質(zhì)量濃度1/C0和初始降解速率1/r0的關(guān)系,二者線性關(guān)系,如圖5.9所示。對(duì)丙酮的光催化實(shí)驗(yàn)表明,LH模型能夠很好的描述其反應(yīng)速率。

圖5.91/r0和1/C0的關(guān)系

對(duì)上式求積分后化簡(jiǎn)可得：式中，C——有機(jī)物濃度;5.2.2納米過濾材料與光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)納米過濾材料1）納米技術(shù)與過濾材料納米技術(shù)在空氣過濾材料開發(fā)上的應(yīng)用，主要集中在利用一些金屬及氧化物的納米級(jí)粒子所具有的特性，通過一定的方法加工到纖維中或處理到織物濾料上，使濾料具有某些特殊功能，即功能性過濾材料。

主要采用的方法有共混紡絲法、靜電紡絲法、接枝法和后整理法。其中后整理法是將納米材料借助于分散劑、穩(wěn)定劑、粘合劑等助劑，利用吸浸法、浸軋法、涂層法等工藝方法處理到過濾材料中，從而使濾料具有某種特殊功能。如：耐高溫、耐腐蝕、抗靜電、水、拒油、阻燃、清除有害氣體等而開發(fā)的空氣過濾材料。5.2.2納米過濾材料與光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)納米過濾材料2）過濾材料的應(yīng)用①高效微?？諝鈨艋统?xì)微粒空氣凈化納米纖維具有較大的比表面積（單位體積或單位質(zhì)量顆粒的總表面積）利用納米纖維的這些特征性可用它制作吸附材料和過濾材料，應(yīng)用于亞微米高效微粒空氣凈化和超細(xì)微?？諝鈨艋苡行У赜糜谠庸I(yè)，無(wú)菌室、精密工業(yè)、涂飾等行業(yè)，其過濾效率較之常規(guī)過濾材料效率大大提高。②抗靜電抗靜電最好的方法就是屏蔽。納米材料特殊的導(dǎo)電、電磁性能、超強(qiáng)的吸收性和寬頻帶性，為導(dǎo)電吸波織物的研究開發(fā)創(chuàng)造了新條件。③防水、防油由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存在，所以在宏觀表面上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無(wú)法與材料表面直接接觸，從而使材料表面呈現(xiàn)超常的雙疏性。（如：防水、放油服裝等）

2）過濾材料的應(yīng)用④阻燃納米材料的粒徑超細(xì)、經(jīng)表面處理后其活性極大，當(dāng)燃燒時(shí)其熱分解速度可大大的加快，吸熱能力增強(qiáng)，降低材料表面溫度，且超細(xì)的納米材料顆粒能覆蓋在聚烯烴凝聚相的表面，能很好地促進(jìn)碳化層的形成，在燃燒源和基材間形成不燃性屏障，從而起到隔離阻燃的作用。⑤清除室內(nèi)有機(jī)物污染物TiO2性能最佳，能被陽(yáng)光和日光燈中紫外線激勵(lì)，不需特殊的光源，可以徹底分解所有的有機(jī)物，并降解為無(wú)害的二氧化碳和水。而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能耗低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染，可形成透明薄膜，價(jià)格低廉。（氣態(tài)污染控制機(jī)理及方法）課件2.光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)1）光催化反應(yīng)器的模擬與設(shè)計(jì)光催化反應(yīng)器可以分解為反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、動(dòng)量傳遞來(lái)進(jìn)行處理。影響反應(yīng)器內(nèi)輻射能量分布的主要因素包括：①反應(yīng)器的幾何尺寸；②反應(yīng)器的光學(xué)厚度；③光源與反應(yīng)器的相互位置；④輻射波長(zhǎng)；⑤反應(yīng)體系中多相共存的影響；⑥反應(yīng)器的混合特征。對(duì)于光催化反應(yīng)過程，反應(yīng)速率取決于局部體積能量吸收速率（LBREA），而LBREA取決于反應(yīng)器內(nèi)輻射能分布，因此確定反應(yīng)器內(nèi)輻射能分布是建立光催化反應(yīng)器模擬所必須解決的關(guān)鍵問題。光催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的原則就是盡可能的激活光催化劑，或者提供盡可能大的能被光照射的催化劑比表面積。空氣凈化裝置設(shè)計(jì)中，光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)必須解決的問題是氣固的良好接觸與氣阻見的矛盾、光能傳播到所有的催化劑表面以及光的利用率。2.光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

2）光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)光催化反應(yīng)器時(shí)應(yīng)考慮光催化反應(yīng)器能提供盡可能大的能被光照射的催化劑比表面積盡可能大的安裝催化劑的面積。四種型式，即環(huán)管狀反應(yīng)器、填充式反應(yīng)器、平板式反應(yīng)器和箱式反應(yīng)器，如下圖所示：（Ⅰ）環(huán)管狀反應(yīng)器（Ⅱ）填充式反應(yīng)器（Ⅲ）平板式反應(yīng)器（Ⅳ）箱式反應(yīng)器2）光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式（Ⅰ）環(huán)管狀反應(yīng)器（反應(yīng)條件的影響A：氣體流量的影響流量改變，催化劑表面的流速也隨之改變，催化劑固定化后存在傳質(zhì)的影響。流量的大小決定了丙酮以及氧向TiO2表面的遷移速度，也影響著丙酮在TiO2表面的停留時(shí)間和產(chǎn)物脫附的速度。圖5-11顯示了循環(huán)流量對(duì)光催化氧化丙酮凈化效率的影響。圖5-11流量/流速對(duì)丙酮凈化效率的影響圖5-12TiO2質(zhì)量與面密度對(duì)丙酮凈化效率的影響結(jié)果表明，丙酮凈化效率隨流量的增加而增大。5.2.3影響光催化凈化的主要因素反應(yīng)條件的影響5.2.3影響光催化凈化的主要因素B：TiO2用量的影響其他條件同上，控制流量為1.5L/min，改變催化劑用量。圖5-12為TiO2用量及面密度對(duì)丙酮凈化效率的影響[6]。開始時(shí)隨著催化劑用量的增加，丙酮凈化效率增大，達(dá)到一定值后，再增加TiO2的量，丙酮凈化效率反而減小。

分析：隨著用量的增加，系統(tǒng)中催化劑粒子的質(zhì)量濃度增加，對(duì)丙酮的吸附能力加強(qiáng)，光催化活性提高，凈化效率上升。但粒子之間的遮蔽作用以及系統(tǒng)的紫外光光強(qiáng)是一定的，當(dāng)催化劑用量達(dá)到一定值時(shí)，光催化活性提高緩慢，凈化效率上升緩慢。繼續(xù)增加催化劑的用量，催化劑之間的遮蔽會(huì)逐漸嚴(yán)重，某些催化劑會(huì)因得不到光照射而失去光催化活性，無(wú)法發(fā)揮催化作用，導(dǎo)致凈化效率降低。

B：TiO2用量的影響C：起始質(zhì)量濃度的影響由圖5-13可知，隨著初始質(zhì)量濃度的升高，丙酮凈化效率逐漸降低由于初始質(zhì)量濃度越小，每個(gè)丙酮分子平均吸收的光子能量越多，氧化效率越高，從而丙酮的凈化效率就越高。

圖5-13初始濃度對(duì)丙酮凈化效率的影響圖5-14光照時(shí)間對(duì)丙酮凈化效率的影響C：起始質(zhì)量濃度的影響D：光照時(shí)間的影響從圖5-14看出，反應(yīng)開始時(shí)，反應(yīng)物的質(zhì)量濃度比較高，新鮮催化劑的吸附性較好，丙酮凈化效率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)增加得較快，隨后，凈化效率的變化趨勢(shì)逐漸平緩，其原因?yàn)椋?/p>

①反應(yīng)物的減少和生成物的增加抑制了反應(yīng)的正向進(jìn)行②氧的存在對(duì)反應(yīng)起很大的作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和反應(yīng)的

進(jìn)行，系統(tǒng)中氧的含量逐漸減少，反應(yīng)速率減慢；③反應(yīng)產(chǎn)物中有水，水蒸汽的存在對(duì)丙酮的降解起抑制作用

E：O2含量的影響D：光照時(shí)間的影響F：H2O含量的影響H2O在光催化反應(yīng)中起著重要作用，但是隨著H2O含量的增加，TiO2的催化活性就不確定了。H2O的抑制或促進(jìn)效應(yīng)可歸因于反應(yīng)物與水蒸氣之間在光催化劑表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附能力。例如：H2O會(huì)抑制丙酮的光催氧化。H2O對(duì)1-丁醇在TiO2表面的吸附影響不大，其反應(yīng)速率不因H2O而改變，因而對(duì)1-丁醇的轉(zhuǎn)化率無(wú)影響。

G：其他因素的影響pH值的變化對(duì)不同反應(yīng)物降解的影響也不同，且與光強(qiáng)大小有一定關(guān)系。另外，pH值的大小對(duì)分散劑的分散性能有較大的影響。但反應(yīng)速率對(duì)溫度的依賴性不大。F：H2O含量的影響2.TiO2結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響研究中發(fā)現(xiàn)，由于TiO2具有高活性和穩(wěn)定性等性質(zhì)，因此目前在光催化技術(shù)中廣泛應(yīng)用超細(xì)微粒TiO2作為催化劑。超細(xì)微粒的TiO2催化劑只有將其復(fù)制于載體上，成型后才能用于實(shí)際場(chǎng)合。目前常用的惰性載體有：Al2O3、SiO2、玻璃纖維、光導(dǎo)纖維、活性炭等。制備途徑：

①粘結(jié)法：直接負(fù)載于載體上；

②熱處理固化在載體上。技術(shù)上兩者均要達(dá)到：A：TiO2不易脫落下來(lái)；B：TiO2能獲得高的光催化活性。

2.TiO2結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響A：晶型的影響

TiO2

有三種晶型：銳鈦礦型、金紅石型和銳鈦礦型。一般認(rèn)為銳鈦礦型活性較高。這主要是因?yàn)椋孩賰煞N晶型結(jié)構(gòu)均可由相互聯(lián)結(jié)的八面體表示，兩者的差別在于八面體的畸變程度和八面體間相互聯(lián)結(jié)的方式不同。銳欽礦的質(zhì)量密度（3.894g/cm3）,金紅石型（4.250g/cm3）。②金紅石型TiO2對(duì)O2的吸附能力較差，比表面積較小，光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致催化活性降低。A：晶型的影響B(tài)：粒徑的影響①納米半導(dǎo)體粒子所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)變成分立的能級(jí)，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變得更負(fù)，價(jià)帶電位變得更正。這意味著納米半導(dǎo)體粒子獲得了更強(qiáng)的還原和氧化能力，從而使催化活性隨尺寸量子化程度的提高而提高。②對(duì)半導(dǎo)體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度。粒徑越小，電子從體內(nèi)擴(kuò)散到表面的時(shí)間越短，所以電子與空穴復(fù)合幾率越小，電荷分離效果越好，從而導(dǎo)致催化活性的提高。③對(duì)于所有的催化劑，超微粒子化將使表面積增大，從而使催化劑活性增大，吸附位增加。B：粒徑的影響C：表面積的影響在反應(yīng)物充足的情況下，表面積越大則活性越高。表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素。在晶格缺陷等其它因素相同時(shí)，表面積越大則吸附量越大，活性越高。D：焙燒條件通常情況下，提高焙燒溫度會(huì)導(dǎo)致光催化活性降低。這是因?yàn)楸簾龝?huì)對(duì)TiO2的表面產(chǎn)生影響，隨著焙燒溫度提高，比表面積減少，表面吸附量降低。此外焙燒溫度升高到一定程度，還會(huì)引起晶型由銳礦型向金紅型的轉(zhuǎn)變。

下表列出了不同熱處理?xiàng)l件對(duì)TiO2粒子表面特征的影響。C：表面積的影響T/℃氣氛比表面積/表面OH－的密度/未經(jīng)處理29.5333600Ar21.3106700Ar22.367800Ar23.243900Ar13.3171000Ar5.161000O29.013表5-5TiO2熱處理之后的表面性能T/℃氣氛比表面積/表面OH－的密度/未經(jīng)處理29.53335.2.4光催化在空氣凈化中的應(yīng)用研究(1)納米光催化技術(shù)在空氣凈化中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)目前,納米光催化技術(shù)越來(lái)越受到重視,該技術(shù)在凈化室內(nèi)空氣污染物方面有很多其他方法所不具備的優(yōu)勢(shì):①?gòu)V譜性。光催化對(duì)幾乎所有的污染物都具有治理能力。②經(jīng)濟(jì)性。光催化在常溫下進(jìn)行,直接利用空氣中的氧氣作氧化劑。③消毒滅菌。無(wú)論從降低微生物數(shù)目的效率,還是從殺滅微生物的徹底性,從而使其失去繁殖能力都比單獨(dú)采用紫外線技術(shù)或過濾技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。(2)光催化凈化空氣技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品,大致可分為3種類型：5.2.4光催化在空氣凈化中的應(yīng)用研究(1)納米光催化技術(shù)①結(jié)構(gòu)材料:獲得具有光催化功能的新型材料,如貼面材料、天花板、墻紙等。②綠色健康產(chǎn)品:可在現(xiàn)有的家用電器產(chǎn)品上(如空調(diào)器、加濕器、空氣凈化器、暖風(fēng)機(jī)等)附設(shè)光催化凈化功能,開發(fā)而成的新一代高效綠色健康產(chǎn)品。③潔凈燈:將光催化劑直接復(fù)合到燈的外壁制成各種燈具。潔凈燈具具有2種功能:一是人員在燈具下辦公空間的空氣環(huán)境得到凈化;二是燈的表面能達(dá)到自潔?？傊?因光催化空氣凈化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、經(jīng)濟(jì)和對(duì)污染物全面治理的特點(diǎn),所以可廣泛應(yīng)用于有限空間空氣凈化領(lǐng)域(如建筑室內(nèi)、隧道、交通工具、飛行器等有限空間)。①結(jié)構(gòu)材料:獲得具有光催化功能的新型材料,如貼面材料、天花板5.2.5光催化和其他方法的綜合作用(1)光催化與吸附方法聯(lián)用:

采用這種綜合方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物(VOCs),可利用活性炭的吸附能力使VOCs匯集到一特定空間,再利用光催化技術(shù)降解。從而達(dá)到提高光催化氧化反應(yīng)速率。同時(shí),可以吸附中間副產(chǎn)物,使其進(jìn)一步被光催化氧化達(dá)到完全凈化。

(2)光催化與臭氧氧化聯(lián)用:

利用臭氧裝置產(chǎn)生的臭氧進(jìn)入光催化反應(yīng)裝置,臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑與紫外光激發(fā)的光催化氧化協(xié)同作用,具有分解有機(jī)污染物、滅菌和除臭等高效率的凈化作用。這種聯(lián)合作用可以減少臭氧用量,可以增加羥基自由基的產(chǎn)生量,從而提高光催化效率;還可以去除一些在單獨(dú)一種方法無(wú)法分解的有機(jī)物。目前,臭氧—光催化凈化技術(shù)的研究還主要集中在液相中有機(jī)物的去除。5.2.5光催化和其他方法的綜合作用(1)光催化與吸附方法

20世紀(jì)60年代形成的等離子體化學(xué)是基于高能物理、放電物理、放電化學(xué)、反應(yīng)工程學(xué)、高壓脈沖技術(shù)等領(lǐng)域的一門交叉科學(xué)。利用等離子體凈化氣態(tài)污染物自20世紀(jì)70年代開始研究以來(lái)，顯示出了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和良好的發(fā)展前景。等離子體法具有處理流程短、效率高、能耗低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，等離子體既可用于處理廢氣，又可用于處理廢水、固體廢物、污泥，甚至放射性廢物。本節(jié)主要介紹等離子體及其分類、制備、非平衡等離子體的產(chǎn)生方法及其在空氣凈化中的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代形成的等離子體化學(xué)是基于高能物理、放5.3.1等離子體及其分類、制備1.等離子體及其分類當(dāng)Te=Ti時(shí),稱為熱平衡等離子體,簡(jiǎn)稱熱等離子體(ThermalPlasma)。(1)定義:等離子體是一種非常特殊的導(dǎo)電氣態(tài)物質(zhì),又被稱為除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之外的第四種物質(zhì)狀態(tài),是電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。(2)分類:依據(jù)等離子體的粒子間溫度差(即電子溫度Te與離子溫度Ti之差),可以把等離子體分為2大類:當(dāng)Te≥Ti時(shí),稱為非平衡態(tài)的等離子(NonthermalEquilibriumP1asma)。其電子溫度高達(dá)104K以上,而離子和原子之類的重粒子溫度卻可低到300K～500K。因此,按其重粒子溫度也叫做低溫等離子體(ColdP1asma)或冷等離子體。①熱平衡等離子體;②非熱平衡等離子體。5.3.1等離子體及其分類、制備1.等離子體及其分類當(dāng)Te非平衡態(tài)的等離子體的電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物分子激發(fā)、離解和電離,同時(shí)反應(yīng)體系又可保持低溫,乃至接近室溫。隨著技術(shù)的日益成熟,非平衡態(tài)的等離子體應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越多,空氣凈化大多通過非平衡等離子體實(shí)現(xiàn)。2.等離子體制備

制備方法:電子束輻射法、氣體放電法。(1)電子束輻射法電子束輻射法(E-bean)的原理是利用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束,直接照射待處理的氣體,通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子碰撞,使之解離,形成非平衡等離子體,其中所產(chǎn)生大量活性粒子(如·OH,·HO2,·O等)可與污染物進(jìn)行反應(yīng),使之氧化去除。利用電子束輻射使氣體電離產(chǎn)生等離子體具體有以下幾種非平衡態(tài)的等離子體的電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物分子①利用放射性同位素發(fā)出的α,β,γ射線；②利用x射線；③利用帶電粒子。

目前存在一些技術(shù)問題,電子槍價(jià)格昂貴,電子槍、靶窗的壽命短以及X射線的屏蔽與防護(hù)問題也不容易解決,從而限制了其在室內(nèi)空氣凈化方面的實(shí)際應(yīng)用和推廣。

(2)氣體放電法①電暈放電;②介質(zhì)阻擋放電;③表面放電。其中,電暈放電又包括直流電暈、脈沖電暈和交流電暈。共同的特點(diǎn):均能夠在較高的氣體壓力下(常壓)形成非平衡等離子體。①利用放射性同位素發(fā)出的α,β,γ射線；目前存在一些技5.3.2非平衡等離子體空氣凈化機(jī)理非平衡等離子體空氣凈化機(jī)理涉及到三個(gè)同時(shí)發(fā)生的三個(gè)過程:(1)預(yù)荷電集塵;(2)催化凈化;(3)負(fù)離子發(fā)生。(1)預(yù)荷電集塵原理:利用極不均勻電場(chǎng),形成電暈放電,產(chǎn)生等離子體,其中包含的大量電子和正負(fù)離子在電場(chǎng)梯度的作用下,與空氣中的顆粒污染物發(fā)生非彈性碰撞,從而附著在上面,使之成為荷電離子,在外加電場(chǎng)力的作用下,被集塵極所收集。其處理過程分3個(gè)階段:①e+M(氣體分子)→M－。②OM－+SP(固體顆粒)→(SPM)－。③(SPM)－→SPM(沉積在集塵極上)。

靜電集塵是一個(gè)物理過程,在這個(gè)過程中,對(duì)懸浮在空氣中直徑小于100μm的總懸浮顆粒(TSP)和直徑小于l0μm的可吸入顆粒(PM10)有較高的清除效率。5.3.2非平衡等離子體空氣凈化機(jī)理非平衡等離子體空氣凈(2)催化凈化原理:催化凈化機(jī)理包括2方面:①在產(chǎn)生等離子體的過程中,高頻放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高能量,打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵,使其分解成單質(zhì)原子或無(wú)害分子。②等離子體中包含了大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基,這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能,它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞,打開氣體分子的化學(xué)鍵生成單原子分子和固體顆粒,同時(shí)產(chǎn)生的大量·OH、·HO2、·O等自由基和氧化性極強(qiáng)的O3,它們與有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無(wú)害產(chǎn)物。在化學(xué)反應(yīng)的過程中,添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎?能使分子化學(xué)鍵松動(dòng)或削弱,降低氣體分子的活化能從而加速化學(xué)反應(yīng)。(2)催化凈化原理:催化凈化機(jī)理包括2方面:室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物主要包括VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物),CO,CO2,H2S,SO2和NH3,其低溫非平衡等離子體催化凈化的作用機(jī)理如下：①自由基的產(chǎn)生:

③氣體分子的氧化分解:②氣體分子離解:室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物主要包括VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物(3)負(fù)離子發(fā)生過程:負(fù)離子的作用:①調(diào)節(jié)了空氣中的離子平衡;②有效地清除空氣中的污染物。高濃度的負(fù)離子同空氣中的有毒化學(xué)物質(zhì)和病菌懸浮顆粒物相碰撞使其帶負(fù)電。則這些帶負(fù)電的顆粒物就會(huì)吸引其周圍帶正電的顆粒物(通常空氣中的細(xì)菌、病毒、孢子等是帶正電)。這種積聚過程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止。除了積聚過程外,在有限的空間里空氣中帶負(fù)電的顆粒物還被吸附到帶正電的表面上,而通常情況下,房間里面大多數(shù)物體的表面(包括墻壁、地面、家具、電器等)都是帶正電的。調(diào)節(jié)空氣中的離子平衡,使負(fù)離子濃度保持在適當(dāng)?shù)乃?這對(duì)改善空氣品質(zhì)有著重要的意義。

非平衡等離子體降解污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,而且影響這一過程的因素很多。深入研究非平衡等離子體降解有機(jī)物的機(jī)理及其應(yīng)用是一個(gè)重要的研究方向。(3)負(fù)離子發(fā)生過程:負(fù)離子的作用:①調(diào)節(jié)了空氣中的離子平衡5.3.3非平衡等離子體空氣凈化反應(yīng)器根據(jù)等離子體區(qū)中是否填充了絕緣介質(zhì),把等離子體反應(yīng)器分為空腔式和填充式2種類型,下面介紹它們的組成結(jié)構(gòu)。①空腔式反應(yīng)器根據(jù)空腔式反應(yīng)器中的電極的結(jié)構(gòu)形式,分為①線-筒式,②線-板式,如圖5.15所示。這些反應(yīng)器都是從電除塵器發(fā)展而來(lái)的,與其不同之處是電除塵器中供電方式大多采用直流負(fù)電,其主要目的是脫除廢氣中的顆粒物,而在非平衡等離子體反應(yīng)器中,為了提供高濃度的等離子體大多采用高壓納秒級(jí)脈沖或高壓納秒級(jí)脈沖疊加直流供電,其主要目的是脫除空氣中的有害氣體。②填充式反應(yīng)器這種反應(yīng)器是用不同的絕緣介質(zhì)為填充物的極電反應(yīng)器,如圖5.16所示。在反應(yīng)器中填充的主要介質(zhì)有:TiO2、Al2O3、BaTiO3等。當(dāng)對(duì)反應(yīng)器施5.3.3非平衡等離子體空氣凈化反應(yīng)器根據(jù)等離子體圖5.15空腔式等離子體反應(yīng)器

加高脈沖或交變電壓時(shí),顆粒會(huì)被部分極化,在顆粒與顆粒的接觸點(diǎn)附近將形成強(qiáng)電場(chǎng),導(dǎo)致該處附近的氣體發(fā)生局部放電而形成非平衡等離子體空間,當(dāng)被處理氣體通過相對(duì)較窄的等離子體區(qū)時(shí)很容易被氧化降解。與空腔式等離子體反應(yīng)器相比,填充式反應(yīng)器的能耗高、氣體阻力相對(duì)較大。圖5.15空腔式等離子體反應(yīng)器加高脈沖或交變電壓時(shí),顆圖5.16填充式等離子體反應(yīng)器

空腔式反應(yīng)器與填充式反應(yīng)器性能的對(duì)比，其結(jié)果如表5.7所示。

圖5.16填充式等離子體反應(yīng)器空腔式反應(yīng)器與填充式反應(yīng)器型式供能方式電壓/kV甲苯凈化效率反應(yīng)器型式供能方式電壓/kV甲苯凈化效率線-筒結(jié)構(gòu)(空腔式)脈沖電源4242.4平行板電極(空腔式)脈沖電源420交變電源2832.6交變電源280線-筒結(jié)構(gòu)(填充式)脈沖電源4245.3平行板電極(填充式)脈沖電源4231.2交變電源2854.7交變電源2837.4表5.7空腔式反應(yīng)器與填充式反應(yīng)器性能對(duì)比備注:實(shí)驗(yàn)條件是氣體積流量為500ml/min，甲苯初始質(zhì)量濃度約1000mg/m3，填充材料為Al2O3。

反應(yīng)器型式供能方式電壓/kV甲苯凈化效率反應(yīng)器型式供能方式電5.3.4影響非平衡等離子體凈化主要因素研究表明,影響脈沖電暈放電技術(shù)凈化效率的因素主要有脈沖電源電參數(shù)、脈沖電源與反應(yīng)器的匹配、電暈電極的形狀及材料、脈沖極性、空氣濕度、電場(chǎng)強(qiáng)度、氣體流速、初始濃度、停留時(shí)間等。1）脈沖電源電參數(shù)的影響①凈化效率隨脈沖頻率的增大而提高。②凈化效率隨脈沖峰值電壓的增大而提高。③凈化效率隨脈沖寬度的增大而提高。④凈化效率隨脈沖上升時(shí)間的增大而降低。⑤脈沖成形電容有一最佳值。當(dāng)電容值大于最佳值時(shí),脈沖能量相對(duì)較大,但脈沖沿較寬,凈化效率降低;當(dāng)電容值小于最佳值時(shí),脈沖沿較窄,但脈沖能量相對(duì)較小,凈化效率降低。但是各種電源電參數(shù)的變化是相互制約的,并且各種電源電參數(shù)對(duì)凈化效率的影響程度大小不一。5.3.4影響非平衡等離子體凈化主要因素研究表明,2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特性的影響(1)電暈極結(jié)構(gòu)電暈極結(jié)構(gòu)不同峰值電壓下凈化甲苯效率/%24303642Φ0.2,單線28.244.448.646.7Φ0.5,單線25.144.748.246.2Φ0.5*,單線25.344.548.446.6Φ1.0,單線17.439.047.145.3Φ2.0,單線8.935.146.541.93－Φ0.5,絞線34.848.346.140.5表5.8電暈極結(jié)構(gòu)、峰值電壓與凈化甲苯效率表5.8給出了在相同實(shí)驗(yàn)條件下電暈極結(jié)構(gòu)型式、峰值電壓和凈化甲苯效率的相關(guān)數(shù)值。2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特性的影響(1)電暈極結(jié)構(gòu)不同峰值電壓下凈化甲從表5.8可知,①當(dāng)脈沖電壓一定時(shí),電暈線直徑較細(xì)的反應(yīng)器中甲苯的凈化效率較高,且以絞線的凈化效率最高。主要是由于當(dāng)脈沖電壓一定時(shí),電暈線越細(xì),則起暈電壓越低,放電越易發(fā)生,對(duì)甲苯的凈化效果越好;②當(dāng)脈沖電壓峰值升高時(shí),不同電暈極結(jié)構(gòu)的凈化甲苯效率逐漸接近,說明此時(shí)電暈極的形狀對(duì)反應(yīng)器的影響減小;③當(dāng)脈沖電壓峰值升到一定程度時(shí),絞線結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中凈化甲苯效率反而變?yōu)樽畹?這是由于其易發(fā)生火花放電(約32kV時(shí)出現(xiàn)),火花放電不僅增大電能消耗,而且破壞電暈放電的正常進(jìn)行,使甲苯的凈化效率降低。(2)反應(yīng)器直徑的影響如圖5.17所示。①隨著峰值電壓的升高,直徑較小的反應(yīng)器中凈化甲苯效率的趨勢(shì)是先增大,隨后又減小;②而在直徑較大的反應(yīng)器中則一直呈上升趨勢(shì);③直徑越小,甲苯的凈化效率與峰值電壓的關(guān)系曲線愈陡;④在峰值電壓相同時(shí),反應(yīng)器的直徑越大,凈化甲苯效率越低。

從表5.8可知,①當(dāng)脈沖電壓一定時(shí),電暈線直徑較細(xì)的5.3.4影響非平衡等離子體凈化主要因素

總之,直徑較小時(shí),雖然對(duì)甲苯的凈化效率較高,但存在著易發(fā)生火花放電及處理氣體流量偏低的缺點(diǎn),不便于實(shí)際應(yīng)用;反應(yīng)器直徑太大時(shí),不僅甲苯的凈化效率偏低,且所需使用的峰值電壓過高,對(duì)電源及運(yùn)行的安全性提出了較高的要求。(3)反應(yīng)器外筒材料的影響如圖5.18,分別用陶瓷管、玻璃管及銅管(內(nèi)徑均為20mm)制成的3種反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比。圖5.17峰值電壓與反應(yīng)器直徑對(duì)凈化甲苯效率的影響圖

圖5.18峰值電壓與外筒材料對(duì)凈化甲苯效率的影響圖

5.3.4影響非平衡等離子體凈化主要因素總之,直徑較在峰值電壓較低時(shí),陶瓷管凈化效率比金屬管略低,峰值電壓為24kV時(shí)約低5%,當(dāng)電壓高于30kV后,陶瓷管凈化效率逐漸高于金屬管,在48kV時(shí)高出近20％。從趨勢(shì)來(lái)看,陶瓷管反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)電壓范圍內(nèi)凈化甲苯效率一直呈較明顯的上升,而金屬管反應(yīng)器則在峰值電壓高于30kV后凈化效率的上升趨勢(shì)變緩,高于36kV后,有較頻繁的火花出現(xiàn),凈化甲苯效率下降。從玻璃管與陶瓷管反應(yīng)器的比較可以看出,對(duì)甲苯的凈化效果卻不如用陶瓷管好。這可能與2種材料表面的結(jié)構(gòu)形態(tài)有關(guān)。陶瓷管為疏松結(jié)構(gòu),其多孔性的表面對(duì)氣體中甲苯分子的吸附量較大,而吸附態(tài)的甲苯分子可與活性粒子繼續(xù)反應(yīng),相應(yīng)地增強(qiáng)了甲苯的凈化效率。而玻璃管壁則為致密、光滑表面,吸附作用較弱。

在峰值電壓較低時(shí),陶瓷管凈化效率比金屬管略低,峰值電(4)反應(yīng)器長(zhǎng)度的影響當(dāng)氣體流量一定時(shí),考察反應(yīng)器長(zhǎng)度對(duì)凈化甲苯效率的影響,如圖5.19?？梢?甲苯的凈化效率隨著反應(yīng)器長(zhǎng)度的增加而上升;不過,當(dāng)反應(yīng)器長(zhǎng)度增加到一定程度后,凈化效率隨長(zhǎng)度增加變化緩慢。圖5.19反應(yīng)器長(zhǎng)度對(duì)凈化甲苯效率的影響

(5)電暈極間距的影響

見表5.9所示。隨著電暈極間距的縮小,甲苯的凈化效率隨之上升。這是由于電暈極間距越小,則沿反應(yīng)器長(zhǎng)度方向可布置電暈極的根數(shù)增加,增加了電暈區(qū),處理效果隨之增強(qiáng)。然而,當(dāng)電暈極間距減小到l0mm時(shí),反應(yīng)器的效果卻比間距為20mm的反應(yīng)器差。原因是電暈極間距過小時(shí),電暈線之間的電場(chǎng)相互屏蔽作用明顯,反應(yīng)器中的電場(chǎng)分布趨于均勻,導(dǎo)致起暈電壓上升,易出現(xiàn)火花放電。(4)反應(yīng)器長(zhǎng)度的影響當(dāng)氣體流量一定時(shí),考察反應(yīng)器長(zhǎng)電暈線間距/mm電暈線/根電壓峰值/kv凈化甲苯效率/%10134254.62074258.44044238.76034229.2表5.9線-板式反應(yīng)器的電暈線間距對(duì)凈化甲苯效率的影響(6)放電間隙的影響

見表5.10。若氣體在反應(yīng)器中停留時(shí)間相同,間隙越大則甲苯的凈化效率越低。對(duì)于間隙為l0mm的反應(yīng)器,當(dāng)峰值電壓達(dá)36kV時(shí),凈化甲苯效率約為67%,峰值電壓再升高時(shí)反應(yīng)器出現(xiàn)火花放電,凈化甲苯效率也因此而下降?？傊?對(duì)于特定的反應(yīng)器,應(yīng)該有其合理的電源電參數(shù),即脈沖電源應(yīng)該與反應(yīng)器匹配(指脈沖電源提供的能量能夠滿足反應(yīng)器去除VOCs,而且能量能夠盡可能的利用,使能耗降到最低)。這種匹配關(guān)系在電參數(shù)上表現(xiàn)為電源電壓、電流和能量的波形。應(yīng)該讓電源的功率與反應(yīng)器所需的功率一致,達(dá)到優(yōu)化供能的目的,使電源產(chǎn)生的能量盡可能的利用。電暈線間距/mm電暈線/根電壓峰值/kv凈化甲苯效率/%10放電間隙/mm氣體體積流量/(ml/min)不同峰值電壓甲苯的凈化效率/%30kv36kv42kv48kv1033064.167.360.6-1550036.853.058.461.52067014.526.237.445.7表5.10反應(yīng)器放電間隙對(duì)凈化甲苯效率的影響3）氣體特性的影響(1)初始濃度的影響

污染物初始濃度是影響非平衡等離子體凈化揮發(fā)性有機(jī)物效果的一個(gè)重要因素。圖5.20是凈化效率與污染物初始濃度的關(guān)系。圖5.20初始質(zhì)量濃度對(duì)凈化甲苯效率的影響

放電間隙氣體體積流量不同峰值電壓甲苯的凈化效率/%30kv3(2)氣體流量(停留時(shí)間)的影響

從圖5.21可以看出:隨著氣體停留時(shí)間的增大,VOCs的去除率增大,從理論上來(lái)說,氣體在反應(yīng)器中停留時(shí)間越長(zhǎng),則氣體分子與高能電子、氧等離子體、臭氧等活性粒子碰撞的機(jī)會(huì)就越大,因此停留時(shí)間也是影響處理效果的一個(gè)重要因素,所以設(shè)計(jì)一個(gè)合適的反應(yīng)容器是提高去除率的一個(gè)重要因素,選擇合適的氣體在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間及流速可以提高去除率和能量利用率。圖5.21停留時(shí)間(氣體流量)改變對(duì)凈化甲苯效率改變的影響

(2)氣體流量(停留時(shí)間)的影響從圖5.21可以看圖5.22甲苯水-汽質(zhì)量濃度對(duì)凈化效率的影響

(3)氣體濕度的影響

從圖5.22中可以看出,適量地增加空氣濕度有利于提高凈化效率,但當(dāng)含濕量太大時(shí)會(huì)影響凈化效率。由于H2O受高能電子碰撞后產(chǎn)生的-OH基與有機(jī)物反應(yīng)是去除有機(jī)物的重要機(jī)制之一,因此氣流中水-汽含量的增加有利于增強(qiáng)反應(yīng)過程。圖5.22甲苯水-汽質(zhì)量濃度對(duì)凈化效率的影響(3)氣體5.3.5非平衡等離子體在空氣凈化中的應(yīng)用研究

用于氣態(tài)污染物治理的等離子體技術(shù),即利用等離子體激活廢氣中的活性組分,該組分與污染成分發(fā)生反應(yīng),形成非污染的副產(chǎn)品或更易利用的物質(zhì)。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。研究表明,等離子體是一種效率高、能耗低、使用范圍廣的污染物凈化手段。目前,該技術(shù)主要用于燃煤煙氣脫硫脫硝及揮發(fā)性廢氣處理等領(lǐng)域。利用非平衡等離子體凈化空氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物和殺菌是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。目前,從事低溫等離子體去除室內(nèi)污染物這方面研究主要取得以下成果：①放電形式及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；②影響氣體凈化效率的因素。5.3.5非平衡等離子體在空氣凈化中的應(yīng)用研究用

總之,非平衡等離子體不僅可以清除總懸浮顆粒,而且可以清除各種有害氣體,還可以調(diào)節(jié)離子平衡,具有其他凈化技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和開發(fā),尋找開發(fā)能與催化劑進(jìn)行最佳配置的等離子體反應(yīng)器、合適催化劑以及研究放電對(duì)消除過程中的中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物的影響,使用該技術(shù)凈化室內(nèi)空氣污染物將具有非常樂觀的前景。總之,非平衡等離子體不僅可以清除總懸浮顆粒,而且5.4.1空氣離子類型及其特性空氣中的離子按體積大小可分為輕、中、重離子3種。一部分正、負(fù)空氣離子將周圍10～15個(gè)中性氣體分子吸附在一起形成輕空氣離子。輕空氣離子的直徑為10-7cm,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)較快,其運(yùn)動(dòng)速度為1～2cm/s。中、重空氣離子多為灰塵、煙霧等結(jié)合而成的。重離子的直徑約為10-5cm,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)較慢,運(yùn)動(dòng)速度僅為0.0005cm/s。中離子的大小及活動(dòng)性介于輕、重離子之間;通常用“N+”和“N-”分別表示正、負(fù)離子,以“n+”和“n-”分別表示輕正、負(fù)離子?？諝怆x子的帶電量為4.8×10-10V?？諝怆x子的含量通常以1ml空氣中離子的個(gè)數(shù)來(lái)標(biāo)定。由于空氣離子荷電的極性不同,對(duì)人體的生理效應(yīng)不同,所以在實(shí)際應(yīng)用上還必須分別測(cè)定正、負(fù)離子的濃度。(單極系數(shù))以中、重離子：或輕離子：表示正、負(fù)離子之比。5.4.1空氣離子類型及其特性空氣中的離子按體積大通常在大氣低層(接近地面)中,1ml空氣含離子500～3000個(gè)。對(duì)大氣電離層形成的靜電場(chǎng)而言,地面是負(fù)極,大氣是正極。由于空氣負(fù)離子受地面排斥,而正離子受地面吸引,所以在近地面層大氣中,正離子多于負(fù)離子,輕離子中離子的數(shù)量和單級(jí)系數(shù)可因各種條件而發(fā)生變化。在瀑布、噴泉、激流和海濱等地區(qū),空氣離子濃度較高,而且單極系數(shù)較小,在影劇院等人多且通風(fēng)不良的公共場(chǎng)所,空氣離子濃度顯著降低,而且單極系數(shù)升高。Deleanu測(cè)定室外較清潔空氣中的正、負(fù)輕離子濃度為：而在關(guān)閉的室內(nèi)空氣(即使人均占有空間達(dá)到75～100m3)中,則輕離子濃度顯著降低(n+=91±36,n-=70±25),而單極系數(shù)升高(q=1.30)。顯然,空氣中離子的數(shù)量和單極系數(shù)因不同的環(huán)境而發(fā)生變化,空氣中離子的數(shù)量的多少與平衡直接影響到人們的生活和工作環(huán)境。通常在大氣低層(接近地面)中,1ml空氣含離子5005.4.2空氣離子與人體健康效應(yīng)

空氣的清潔度與空氣中負(fù)離子的濃度密切相關(guān)。在海灘、森林、高山、湖邊等處之所以令人心醉,主要是因?yàn)榭諝庵杏休^高的負(fù)離子。雷電過后,產(chǎn)生大量的負(fù)離子,使空氣格外清新;海邊空氣由于海浪頻繁的涌動(dòng)也會(huì)造成大量的負(fù)離子。相反,空氣中過多的正離子會(huì)引起失眠、頭疼、心煩、血壓升高等反應(yīng);如狂風(fēng)飛沙之日,在人群密集,空氣污濁的場(chǎng)所,空氣正離子驟增,給人以心煩意亂,頭疼疲乏之感?？諝庵械呢?fù)離子不僅能使空氣格外新鮮,還可以殺菌和消除異味。當(dāng)空氣中負(fù)離子的濃度較高時(shí),能抑制多種病菌的繁殖,降低血壓和消除疲勞,促進(jìn)人體的新陳代謝,改善肺的通氣功能和換氣功能,呼吸系數(shù)增加(吸收O2增加20%,排CO2增加14.5%)和促進(jìn)人體的生長(zhǎng)發(fā)育,因而人們將空氣負(fù)離子比喻為“藍(lán)色維他命”或“空氣長(zhǎng)壽素”。另外,負(fù)氧離子在幫助人體恢復(fù)其正常的平衡,促進(jìn)人體的生長(zhǎng)發(fā)育和防治疾病方面還具有許多積極作用:5.4.2空氣離子與人體健康效應(yīng)空氣的清潔度與空①改善肺器官功能,改善呼吸系統(tǒng)絨毛的清潔工作效率。人體吸入負(fù)離子30min后,肺能增加吸收氧氣20%,多排出二氧化碳14.5%。②降低血壓,增強(qiáng)心肌功能。負(fù)離子具有明顯的降低血壓,增強(qiáng)心肌功能以及鎮(zhèn)痛、改善睡眠、促進(jìn)新陳代謝等作用。③具有較高的活性,有很強(qiáng)的氧化還原作用。④增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能。⑤負(fù)離子還對(duì)于呼吸道、支氣管疾病、慢性鼻炎、鼻竇炎、偏頭痛、更年期綜合癥、慢性皮膚病等具有顯著的輔助治療作用,使身體各器官的功能更為有效,且無(wú)任何副作用。

當(dāng)空氣中正、負(fù)離子失去平衡時(shí),需要人造負(fù)離子來(lái)補(bǔ)充,使之維持健康的空氣環(huán)境。①改善肺器官功能,改善呼吸系統(tǒng)絨毛的清潔工作效率。人體吸入負(fù)5.4.3空氣負(fù)離子的產(chǎn)生技術(shù)

由于空氣負(fù)離子對(duì)于改善人體健康和室內(nèi)空氣環(huán)境方面的積極作用,空氣負(fù)離子產(chǎn)生技術(shù)便成為人們?yōu)橹Φ姆较??？諝庳?fù)離子的發(fā)生技術(shù)主要有:電暈放電、水發(fā)生和放射發(fā)生3種。將充分高的電壓施加于一對(duì)電極上,其中高壓負(fù)極連接在一根極細(xì)的針狀導(dǎo)線或具有很小曲率半徑的其他導(dǎo)電體上,在放電極附近的強(qiáng)電極區(qū)域內(nèi),氣體中原有的少量自由電子被加速產(chǎn)生,并進(jìn)一步碰撞電離。這個(gè)過程在極短的瞬間重演了無(wú)數(shù)次,于是形成被稱為“電子雪崩”的積累過程,在放電極附近的電暈內(nèi),產(chǎn)生大量的自由電子和正離子,其中正離子被加速引向負(fù)極,釋放電荷。而在電暈外區(qū),則形成大量的氣體負(fù)離子。1.電暈放電5.4.3空氣負(fù)離子的產(chǎn)生技術(shù)由于空氣負(fù)離子對(duì)于利用放射性物質(zhì)或紫外線電離空氣產(chǎn)生負(fù)離子,其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單,產(chǎn)生負(fù)離子濃度高,但需要有特殊的防輻射措施,使用不當(dāng)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害。因此,在一般情況下不宜使用。2.水動(dòng)力型負(fù)離子發(fā)生技術(shù)利用動(dòng)力設(shè)備和高壓噴頭將水從容器中霧化噴出,霧化后的水滴以氣溶膠形式帶負(fù)電而成為負(fù)離子,其發(fā)生負(fù)離子的濃度取決于水的霧化狀況,一般可達(dá)到104--105個(gè)/cm3。水滴帶電是通過外加力剝離水滴形成水霧(細(xì)小水霧),水霧從水滴表面脫離時(shí)帶上負(fù)電荷;與此同時(shí),剩余水滴便帶上等量的正電荷。3.放射性負(fù)離子發(fā)生技術(shù)利用放射性物質(zhì)或紫外線電離空氣產(chǎn)生負(fù)離子,其特點(diǎn)是設(shè)5.4.4空氣負(fù)離子的凈化效應(yīng)

空氣負(fù)離子是借助凝結(jié)和吸附作用,附著在固相或液相污染物微粒上,從而形成大離子并沉降下來(lái),從而降低空氣污染物濃度,起到凈化空氣的作用。在污染物濃度高的環(huán)境里,若清除污染物所損失的負(fù)離子得不到及時(shí)補(bǔ)償,則會(huì)出現(xiàn)正負(fù)離子濃度不平衡狀態(tài),存在高濃度的空氣正離子現(xiàn)象,結(jié)果使人產(chǎn)生不適感。故在此環(huán)境下,需要人為產(chǎn)生負(fù)離子來(lái)補(bǔ)償不斷被污染物消耗掉的負(fù)離子:一方面能維持正負(fù)離子的平衡;另一方面可以不斷地清除污染物,從而達(dá)到改善空氣質(zhì)量的目的。

圖5.23給出了空氣中負(fù)離子濃度隨空氣污染程度和空氣濕度的變化關(guān)系。5.4.4空氣負(fù)離子的凈化效應(yīng)空氣負(fù)離子是借助凝圖5.23負(fù)離子密度與空氣污染程度、相對(duì)濕度的關(guān)系負(fù)離子發(fā)生器作為凈化室內(nèi)空氣的產(chǎn)品對(duì)空氣凈化有促進(jìn)作用,但是單純依靠發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)離子凈化空氣是片面的,因?yàn)榭諝庵械呢?fù)離子極易與空氣中的塵埃結(jié)合,成為具有一定極性的污染粒子,即“重離子”。而懸浮的重離子在降落過程中,依然附著在室內(nèi)家具，電視機(jī)屏幕、墻壁等物品上,當(dāng)人活動(dòng)時(shí)又會(huì)使其再次飛揚(yáng)到空氣中,造成室內(nèi)空氣的污染,所以負(fù)離子發(fā)生器只是附著灰塵,并不能清除空氣污染物或?qū)⑵渑懦鍪彝狻D5.23負(fù)離子密度與空氣污染程度、相對(duì)濕度的關(guān)系臭氧作為已知的最強(qiáng)氧化劑之一，具有強(qiáng)氧化、高效消毒和催化作用。100多年來(lái)，各國(guó)在開發(fā)和利用臭氧技術(shù)方面作了大量研究，臭氧凈化技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境污染治理中已被大量使用。概述：臭氧作為已知的最強(qiáng)氧化劑之一，具有強(qiáng)氧化、高效消毒和5.5.1臭氧的有關(guān)性質(zhì)通過對(duì)臭氧的研究發(fā)現(xiàn),臭氧具有不穩(wěn)定特性和很強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由1個(gè)氧分子(O2)攜帶1個(gè)氧原子(O)組成,1.臭氧的形成：①常溫下是呈淡藍(lán)色、帶草腥味氣體;②標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,臭氧的密度是2.144kg/m3;③臭氧在水中的溶解度是氧的10～15倍,但穩(wěn)定性較差;④強(qiáng)氧化能力,幾乎對(duì)所有的金屬都有氧化腐蝕作用。2.臭氧的特性：表5.11為臭氧和氧在性質(zhì)上存在著顯著差異。項(xiàng)目分子式分子量氣味顏色穩(wěn)定性溶解度氧O232無(wú)無(wú)穩(wěn)定49.1臭氧O348草腥味淡藍(lán)色易分解640表5.11氧和臭氧的主要性質(zhì)5.5.1臭氧的有關(guān)性質(zhì)通過對(duì)臭氧的研究發(fā)現(xiàn),臭氧具有不穩(wěn)5.5.2臭氧的發(fā)生技術(shù)1)無(wú)聲放電法

無(wú)聲放電法又稱電暈放電法,是一種將干燥的含氧氣體通過電暈放電區(qū)產(chǎn)生臭氧的方法。常用的原料氣體有氧氣、空氣,以及含有氧、氮、二氧化碳、氬等其他稀釋氣體的循環(huán)氣體。其產(chǎn)生機(jī)理中,電暈中的自由高能離子離解氧分子:然后,通過三體碰撞反應(yīng)形成臭氧:式中，M——?dú)怏w中其他氣體分子。同時(shí)原子氧和電子也同臭氧反應(yīng)形成氧氣:5.5.2臭氧的發(fā)生技術(shù)1)無(wú)聲放電法無(wú)聲放電法在無(wú)聲放電法中,臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量比較大,可以大量地工業(yè)化生產(chǎn)。但在發(fā)生過程中,必須配置效果優(yōu)良的氣體干燥和發(fā)生裝置及冷卻系統(tǒng)。這種方法存在著設(shè)備龐大,投資費(fèi)用高,且移動(dòng)不便的缺點(diǎn),同時(shí)產(chǎn)生的臭氧體積分?jǐn)?shù)也只有1%～6%。2)紫外線輻射法

紫外線輻射法是以紫外線的能量使處于基態(tài)的1個(gè)氧分子(O2)分解為2個(gè)氧原子(O),再同一個(gè)氧分子(O2)反應(yīng)產(chǎn)生O3的方法,即:同時(shí)在無(wú)聲放電法中,臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量比較大,可以大量地工紫外線輻射法產(chǎn)生臭氧,適合于產(chǎn)生少量臭氧的場(chǎng)合,如實(shí)驗(yàn)室使用、少量樣品殺菌、除臭等。紫外線輻射法具有重現(xiàn)性好,對(duì)濕度不敏感以及便于通過對(duì)燈功率的線形控制來(lái)調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)。3)電化學(xué)法（電解法）電解法是利用直流電電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧的。目前,最流行的電化學(xué)產(chǎn)生臭氧技術(shù)是采用固體聚合物電解質(zhì)(SPE)膜復(fù)合電極電解水產(chǎn)生臭氧。電極反應(yīng)為:陽(yáng)極：陰極：紫外線輻射法產(chǎn)生臭氧,適合于產(chǎn)生少量臭氧的場(chǎng)合,如實(shí)電化學(xué)法產(chǎn)生臭氧,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小、移動(dòng)方便、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),且臭氧體積分?jǐn)?shù)可達(dá)13%以上,不產(chǎn)生有害的氮氧化合物。但目前的電化學(xué)法臭氧產(chǎn)生裝置依然還存在較多的缺陷:β型二氧化鉛在高電壓和酸性條件下易重結(jié)晶,造成陽(yáng)極催化層β型二氧化鉛催化效率不穩(wěn)定;陰陽(yáng)極催化層易脫落,造成膜電極工作壽命較短;現(xiàn)有的膜電極催化層制備工藝不夠穩(wěn)定,造成臭氧發(fā)生裝置的臭氧產(chǎn)量波動(dòng)較大。電化學(xué)法產(chǎn)生臭氧,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小、移動(dòng)方便、操5.5.3臭氧在空氣凈化中的應(yīng)用1)臭氧在空氣凈化中的作用①臭氧的應(yīng)用主要是其極強(qiáng)的氧化能力與滅菌消毒性能,即氧原子可以氧化細(xì)菌的細(xì)胞壁,利用擊穿細(xì)胞壁與體內(nèi)的不飽和鍵化合而殺滅細(xì)菌。②臭氧在污染治理、消毒、滅菌過程中,還原成氧氣和水,故在環(huán)境中不存在殘留物。同時(shí),臭氧還能對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行分解,使其轉(zhuǎn)化成無(wú)毒副產(chǎn)物,有效地避免殘留而造成的二次污染。③臭氧在室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用是將臭氧直接與室內(nèi)混合或?qū)⒊粞踔苯俞尫诺绞覂?nèi)空氣中,利用臭氧極強(qiáng)的氧化作用,達(dá)到滅菌消毒的目的。由于將臭氧直接釋放到空氣中,整個(gè)室內(nèi)空間及該空間的所有物品周圍,都充滿了臭氧氣體,因而消毒滅菌范圍廣,其工作量也比消毒噴灑和擦洗消毒小得多,應(yīng)用方便。④臭氧除了具有滅菌消毒作用外,其強(qiáng)氧化性可快速分解帶有臭味及其他氣味的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì),可迅速消除室內(nèi)各種有機(jī)揮發(fā)性化合物的毒害。⑤另外,臭氧可以氧化分解果蔬生理代謝作用呼吸出的催熟劑——乙烯氣體,所以還具有消除異味、防止老化和保鮮的作用。5.5.3臭氧在空氣凈化中的應(yīng)用1)臭氧在空氣凈化中的作用2)臭氧技術(shù)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)①放置在高處因?yàn)槌粞趺芏缺瓤諝獯?將臭氧發(fā)生器放置在高處有利于臭氧的下沉散播。

②濕度要適當(dāng)在相對(duì)濕度為50％一80％條件下臭氧的滅菌效果最理想,因?yàn)椴《?、?xì)菌在高濕條件下細(xì)胞壁較疏松,易被臭氧穿透殺滅;在相對(duì)濕度低于30％時(shí)效果較差,一般使用中,特別是無(wú)菌室使用應(yīng)注意這一點(diǎn)。高濕度對(duì)減少果蔬的質(zhì)量損失也是有利的。③控制臭氧濃度掌握好時(shí)間和濃度是充分發(fā)揮空氣型臭氧發(fā)生器效果的關(guān)鍵。例如,用于一般的除味、除臭、吸臭、氧化空氣以及保健時(shí),濃度一般不要超過98μg／m3個(gè);如果用于室內(nèi)滅菌消毒則一般控制濃度在0.196～1.96mg／m3;如果用于食品保鮮或物體表面的消毒則需要濃度為1.96～9.8mg／m3。這些濃度是指整個(gè)空間的散播濃度,而不是局部濃度。

2)臭氧技術(shù)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)①放置在高處值得注意的是,臭氧發(fā)生器在不同空間的需求中,工作時(shí)數(shù)與效果是成正比的,特別是臭氧在高溫環(huán)境下短期內(nèi)就進(jìn)入衰減期,必須要邊發(fā)生、邊應(yīng)用,使臭氧供應(yīng)不間斷才能達(dá)到完美效果。短期的臭氧供應(yīng)即使?jié)舛雀?也會(huì)收效不佳。臭氧的滅菌效果比一般的紫外線消毒效果要強(qiáng)。有研究表明,臭氧可在5min內(nèi)殺死99％以上的繁殖體,并可以除臭。許多室內(nèi)空氣凈化器就是以臭氧氧化空氣中的有機(jī)物來(lái)凈化空氣。但是由于臭氧的強(qiáng)氧化性,其濃度過高時(shí)就會(huì)危害人體健康,引起上呼吸道的炎癥病變,削弱上呼吸道的抵抗力。因此,長(zhǎng)時(shí)間接觸臭氧還易繼發(fā)上吸道感染。當(dāng)臭氧濃度達(dá)到3.92mg／m3時(shí),短時(shí)間接觸即可出現(xiàn)呼吸道刺激癥狀、咳嗽、頭疼;嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致人體皮膚癌變和肺氣腫。我國(guó)《室內(nèi)空氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18262—1997)規(guī)定,室內(nèi)臭氧濃度限值為0.1mg／m3(1h平均最高容許濃度)。值得注意的是,臭氧發(fā)生器在不同空間的需求中,工作時(shí)數(shù)演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第五章：空氣中氣態(tài)污染控制機(jī)理及方法室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第五章：空氣中氣態(tài)污染控制機(jī)理及方吸附凈化5.1光催化(光觸媒)凈化5.2非平衡等粒子體凈化5.3負(fù)離子凈化5.4臭氧凈化5.5吸附凈化5.1光催化(光觸媒)凈化5.2非平衡等粒子體凈化5

吸附作為工業(yè)上的一種分離過程，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在化工、石油、食品、輕工業(yè)及高純氣體的制備等工業(yè)部門。由于吸附具有很高的選擇性和高分離效果，能脫除痕量（10-6級(jí)）物質(zhì)，所以在空氣污染控制中吸附凈化法日益受到重視，特別是用于去除