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介质阻挡放电-光催化处理低浓度甲苯废气的研究成果

【摘要】:A Study on the Treatment of Exhaust Gas Containing Low-Concentration Toluene by Dielectric Barrier Discharge and Ultraviolet Photo-Catalysis汪 凡*Wang Fan*摘要 以含低浓度甲苯气体为处理对象,采用管线式反应器,用镀有TiO2 纳米膜的陶瓷环作为填料,进行介质阻挡放电-光催化法处理甲苯的试验研究。将等离子体和催化剂结合,是解决上述问题的有效途径[10-15],由此发展而来的介质阻挡放电-光催化法有望发挥气体放电法和光催化氧化法各自的优势,达到更佳的处理效果。

A Study on the Treatment of Exhaust Gas Containing Low-Concentration Toluene by Dielectric Barrier Discharge and Ultraviolet Photo-Catalysis

汪 凡*(中国煤炭科工集团西安研究院有限公司,西安 710055)

Wang Fan*(Xi’an Research Institute Co.,Ltd.,CCTEG,Xi’an 710055)

摘要 以含低浓度甲苯气体为处理对象,采用管线式反应器,用镀有TiO2 纳米膜的陶瓷环作为填料,进行介质阻挡放电-光催化法处理甲苯的试验研究。通过改变电压、光催化剂、入口浓度、气体流量、相对湿度等反应器运行条件,总结了影响甲苯降解效率和副产物臭氧产生的因素及其作用机制。结果表明,提高电场强度、延长停留时间和降低初始浓度可提高甲苯的去除率;相对湿度为28%~35%时对甲苯去除较有利;加入TiO2 催化剂可以降低臭氧产生率。

关键词:甲苯 介质阻挡放电 光催化 二氧化钛 挥发性有机物

Abstract Tests were carried out to study dielectric barrier discharge(DBD) and photo-catalysis to treat a gas containing low-concentration toluene by tubular reactor filled with ceramic rings coated with titanium dioxide(TiO2) nano-f ilm.Effects on the degradation of toluene and the generation of byproduct ozone,as well as the reactive mechanism were summed up through the changes in performing conditions of the reactor such as the electric voltage,photo-catalysts,inlet toluene concentration,gas f low,relative humidity,and etc.It was indicated that strengthening the electric f ield,extending retention time and reducing initial concentration of toluene could advance the toluene removal rate,maintaining the relative humidity at 28%~35% could benef it the removal of toluene,and the addition of titanium dioxide as catalyst could depress the generation of ozone.

Key words:Toluene Dielectric barrier discharge(DBD) Photo-catalysis Titanium dioxide(TiO2) Volatile organic compounds(VOCs)(www.chuimin.cn)

中国煤炭科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目(编号:2017XAYFS06)资助。

作者汪凡,男,1986年生,2012年毕业于西安建筑科技大学环境工程专业,硕士,工程师。

*通信联系人,82007509@qq.com。

目前我国VOCs年排放量已超过20 Mt,且仍有明显的增长趋势[1]。工业源VOCs排放涉及的行业众多,主要包括石化类、有机化工、医药化工、表面涂装类、溶剂使用、储运和燃烧类等[2]。一些VOCs 可在一定条件下与氮氧化物反应形成光化学烟雾污染[3],或与大气中自由基反应形成二次气溶胶[4],是城市灰霾等复合大气污染的重要诱因。

近几年发展起来的处理VOCs 的低温等离子体技术具备可在常温常压下进行、系统动力消耗低、反应装置及操作简单等优点,被认为是治理VOCs 最有前景的技术之一[5-6],适用于电子制造、装备制造、制药及燃料燃烧等低浓度排放行业[7-8]。尽管单一等离子体技术具有一定优势,但在处理某些VOCs 时,还存在能量利用效率低、最终产物种类复杂、易造成二次污染等问题[9]。将等离子体和催化剂结合,是解决上述问题的有效途径[10-15],由此发展而来的介质阻挡放电-光催化法有望发挥气体放电法和光催化氧化法各自的优势,达到更佳的处理效果。研究表明,将TiO2 光催化剂负载于填料上,与等离子体技术结合,不仅能够高效降解VOCs 气体,而且能抑制副产物的生成[16-18];有水蒸气存在时采用介质阻挡放电产生低温等离子体更具优势[19-20]