多电极介质阻挡放电降解甲苯的实验研究
梁文俊，郑 锋，李 坚，李晶欣，金毓峑
【摘 要】摘 要:介质阻挡放电是产生低温等离子体的有效方法.为了增大电晕区影响范围，提高对甲苯的降解能力，本实验在常温常压的环境下，研究了“多电极等离子反应器”.实验考察了反应器结构、电场强度、频率、气体流速对甲苯去除率的影响，分析了放电电压与漏失电流的关系.实验结果表明，反应器结构对去除率有显著的影响，高压放电极数量的增加有利于提高去除率，反应器漏失电流随外加电压的增大而增大.甲苯的去除率随电场强度的增强而增大、随气体流速的增大而减小.甲苯的去除率随频率的增强而增大，但频率对去除率的影响不如场强的效果显著. 【期刊名称】北京工业大学学报 【年(卷),期】2012(038)006 【总页数】6
【关键词】关键词:多电极;阻挡放电;低温等离子体;电场强度;频率
介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)，是指将介质覆盖在电极上或置于电极间，当在电极间外加高电压时，电极间的气体会被击穿而形成气体放电.在介质阻挡放电过程中，电介质起到储能的作用，从而使放电呈现丝状放电而避免电弧的生成.利用介质阻挡放电等离子体法去除挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)，有投资运行费用低、不产生二次污染、工艺方法简单等优点，因而用该法去除有机污染物成为国内外近年来研究的热点［1-16］.传统介质阻挡放电等离子体反应器采用同轴管线式结构，高压放电极位于圆管轴线处，接地极包裹于管壁外面，以管壁作为阻挡介质.文献［17-
21］报道了用介质阻挡放电法对VOCs去除的实验研究，得到了较好的实验结果，这种形式的反应器结构简单，放电均匀稳定.缺点是电极生成的电晕区范围有限，当反应器截面扩大时，距离电极线较远处电场强度太弱，对有机物处理能力不足，影响其实际应用的价值.为了加强反应器的放电能力，提高等离子体反应器处理气体的流量，需要提高外加电压以扩大放电区域.故本实验设计了一套新型多线式等离子体反应器，以甲苯作为去除对象，探讨了反应器结构放电特性及对甲苯去除情况，并研究了电场强度、频率、气速因素对甲苯降解效率的影响.
1 实验部分
1.1 实验流程
实验流程如图1所示.空气由空压机吹出，过滤后进入缓冲瓶，经缓冲瓶后分流，一路鼓入恒温水浴中的甲苯瓶，吹扫甲苯液面带动挥发后的甲苯气体进入混合瓶;另一路直接进入混合瓶，当2路气流在混合瓶混合趋于稳定后进入等离子体反应器.
1.2 反应器结构
低温等离子多线反应器结构见图2和3.反应器主体为一外径150 mm、内径140 mm、壁厚5 mm的有机玻璃筒体.筒体中心位置安装一根外径40 mm、内径30 mm、壁厚5 mm的有机玻璃筒，与大筒构成一个截面为环状的空间;以铁网作为接地极置于内筒内，并与内筒壁紧密结合;高压放电极为8根直径0.5 mm的不锈钢丝，均匀分布在环状截面上，与内外两端的接地极等距，电极间距为34 mm;筒体外壁缠绕细铁丝作为接地极，铁丝间距20 mm，有效长度300 mm.
1.3 分析方法
气体检测采用Aglient 6890N型气相色谱仪，检测器为FID型，色谱柱为HP－5型毛细柱(柱长30.00 m，内径0.32 mm，柱内涂膜厚0.25 μm);检测条件为:柱温60℃，检测器温度300℃，进样口温度100℃.
甲苯的净化效果以甲苯去除率η和绝对去除量M作为评价指标，如式(1)和(2)所示.
式中，ρ0和 ρ分别为进、出口甲苯质量浓度(mg/m3)，M为单位时间内甲苯的绝对去除量(mg/s)，Q为处理气体流量(m3/h).
实验采用高压交流电源，频率f调节范围50～500 Hz，升压范围0～100 kV.实验过程中放电参数由美国泰克TDS2014型示波器进行测量. 1.4 实验内容
本实验设计了一套新型多线式等离子体反应器，以甲苯作为去除对象，探讨了反应器结构放电特性及对甲苯去除情况，并研究了电场强度E、f、气速v等因素对甲苯降解效果的影响.
2 实验结果分析
2.1 反应器结构对η的影响
实验分别采用3种不同接地极形式，改变反应器内放电形式，对甲苯的去除效果进行对比实验研究.Q=0.4 m3/h、甲苯质量浓度为800 mg/m3、f=300 Hz时，实验结果如图4所示.从图中可看出，反应器仅使用内接地极时η远低于单独使用外接地极和内外电极同时使用时的η.当E=12 kV/cm，单独使用内接地极反应器时η仅为27.7%，而单独使用外接地极时η则为49.5%，当反应器内外电极同时使用时η达58.2%.其主要原因是，高压放电极距离内外接地极相同，
多电极介质阻挡放电降解甲苯的实验研究
